EP4247665A1 - Ladestation zum laden von elektrofahrzeugen mit einer elektrischen ladeleistung von mehr als 100 kw - Google Patents

Ladestation zum laden von elektrofahrzeugen mit einer elektrischen ladeleistung von mehr als 100 kw

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EP4247665A1
EP4247665A1 EP21847486.4A EP21847486A EP4247665A1 EP 4247665 A1 EP4247665 A1 EP 4247665A1 EP 21847486 A EP21847486 A EP 21847486A EP 4247665 A1 EP4247665 A1 EP 4247665A1
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EP
European Patent Office
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charging
energy
charging station
amount
electric vehicle
Prior art date
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Pending
Application number
EP21847486.4A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Hendrik SCHAEDE-BODENSCHATZ
Andreas Sichert
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.)
Adaptive Balancing Power GmbH
Original Assignee
Adaptive Balancing Power 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 Adaptive Balancing Power GmbH filed Critical Adaptive Balancing Power GmbH
Publication of EP4247665A1 publication Critical patent/EP4247665A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • B60L53/50—Charging stations characterised by energy-storage or power-generation means
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    • Y02T90/14—Plug-in electric vehicles

Definitions

  • More and more electric vehicles i.e. vehicles that have an electric drive motor and a corresponding storage device for electrical energy
  • a major problem when setting up a high-performance charging infrastructure is the connection to the electrical power supply network available at the respective installation site of a charging station.
  • the technical specifications for laid cables are difficult to obtain here, i.e. with a considerable amount of time, so that it is unknown whether the corresponding network sections can reliably supply charging stations with a planned number or capacity.
  • the large jumps in load that are to be expected at unforeseeable times resulting from high-performance charging can also destabilize the respective network section.
  • Volkswagen in cooperation with EON 2020 AD, offers a charging station called “Eon Drive Booster", which has a capacity of 193.5 kW hours and provides a charging power of 150 kW If a lithium-ion battery is used as energy storage, the battery life limits the charging processes to a single-digit number per day. In addition, hundreds or even thousands of small storage cells are interconnected in the energy store to form a complex overall system. The large number of components increases the susceptibility to errors.
  • EP 2 647 522 B1 discloses a charging station with an energy storage device that is resistant to load changes, such as a flywheel storage device, which is suitable for the parallel quick charging of a plurality of mobile storage devices.
  • the load change-resistant energy stores are dimensioned in such a way that they can deliver the power required for quick charging, which depends on the number of (quick) charging points, over a longer period of time, for example over one or more hours, before the respective energy stores are discharged are.
  • EP 3 532 337 B1 in turn discloses a charging station with a large number of electrical storage units based on flywheels, which are each designed with a capacity of 3 kW hours and an output of 15 kW.
  • the efficiency of the charging station is increased by controlling a discharging process in such a way that as many of the flywheel-based storage units as possible remain fully charged in percentage terms.
  • the advantage achieved is due to the flywheel mass storage technology, in which the efficiency of the system is not linearly dependent on the percentage state of charge. There, too, many components are required due to the technology, which increases the complexity of the system and thus the susceptibility to errors.
  • the present invention is therefore based on the object of providing a charging station for charging electric vehicles with an electrical charging capacity of more than 100 kW, which places low demands on a supply infrastructure and is as little prone to errors as possible.
  • One aspect relates to a charging station for charging electric vehicles with an electrical charging capacity of more than 100 kW.
  • the electric vehicles include land-bound, in particular rail-bound and/or road-bound, and/or water-bound and/or air-bound electric vehicles.
  • the charging station is designed for charging road-bound electric vehicles for passenger and/or freight transport, such as for charging passenger cars and/or trucks and/or buses and/or other commercial vehicles, for example excavators and the like, with an electrical charging capacity of more than 100 kW.
  • the charging station for charging rail-bound and/or water-bound and/or air-bound electric vehicles for passenger and/or freight transport such as locomotives, in particular shunting locomotives, ships, in particular ferries, and/or aircraft, in particular air taxis, with an electrical charging capacity of more than one megawatt.
  • Upper limits for the electrical charging power can also be provided, for example 300 kW for road-bound electric vehicles and 10 MW for rail-bound, water-bound or air-bound electric vehicles. The upper limits can be predefined as a function of the type of connection to the electric vehicle.
  • the charging station has a connection unit for connecting the charging station to an electrical supply infrastructure and thus for supplying the charging station with electricity.
  • the connection unit can be designed for manual and/or automated connection, in each case in particular by means of a correspondingly available plug or pantograph.
  • the supply infrastructure can be a public and/or regional and/or global supply network and/or a local supply network.
  • a local supply network can be, for example, a local supply network supplied by regenerative energy source(s) and in particular independently of a public and/or regional and/or global supply network. If the supply infrastructure includes a public and/or regional and/or global supply network, the connection unit can include an AC/DC converter.
  • a DC/DC converter can also be part of the connection unit as an alternative or in addition.
  • the respective converter is then designed to provide a DC supply voltage for the charging station.
  • the term supply infrastructure or the supply network explicitly also includes individual supply sources that are not electrically connected to any other consumers apart from the connection unit.
  • the charging station also has a flywheel mass storage unit for storing energy drawn from the supply structure in the form of electrical current by means of the connection unit.
  • the flywheel mass storage unit has at least one flywheel mass storage unit with a respective rotating flywheel mass element, which belongs to the rotor of an electric machine of the flywheel mass storage unit, d. H. comprises the rotor, is part of the rotor or is the rotor.
  • the flywheel element and thus the rotor of the flywheel storage device are located in a vacuum area of the flywheel storage device, which is evacuated when the flywheel storage device is in operation.
  • the stator belonging to the rotor can accordingly also be arranged in the vacuum area or adjoin it, for example by being part of the housing for the vacuum area.
  • the flywheel mass storage unit preferably has a common housing in which the at least one flywheel mass storage, in particular all flywheel mass storages of the flywheel mass storage unit, are arranged.
  • the flywheel mass storage unit can be designed to provide a peak output that exceeds the connected load that can be called up from the supply infrastructure via the connection unit.
  • the peak power that can be generated by the flywheel mass storage unit can in particular be at least 1.5 times, preferably at least 2 times and particularly preferably at least 4 times the Final unit from the supply infrastructure available connected load amount.
  • the flywheel mass storage unit can be designed to provide the peak power that can be called up from the supply infrastructure via the connection unit for a maximum of the period of time corresponding to the ratio of the amount of energy to the amount of power, or for a maximum of 15 minutes, preferably a maximum of 10 minutes, particularly preferably a maximum of 5 minutes to achieve. This is particularly advantageous when charging several electric vehicles in parallel, in which case the resulting output results from the superimposition of the charging curves of the individual vehicles.
  • the charging station also has a coupling unit for temporarily electrically coupling the electric vehicle to the flywheel mass storage unit, which is designed to transmit electrical power of more than 100 kW from the flywheel mass storage unit to the electric vehicle by means of a charging DC voltage.
  • the coupling unit can have a plug (or a plug socket) and/or a pantograph or a pantograph socket.
  • the flywheel mass storage unit is designed to store energy in the amount of a predetermined amount of energy, which is greater than 5 kWh.
  • the specified amount of energy can also be greater than 10 kWh or greater than 15 kWh.
  • the flywheel storage unit has at least one of the flywheel storage devices described in more detail below.
  • the flywheel mass storage unit is also designed to provide the stored energy for charging the coupling unit and thus the electric vehicle for charging with electrical power of a predetermined amount, which is greater than 100 kW.
  • the specified amount of power can be greater than 500 kW, in particular greater than one megawatt. This can also apply to road vehicles with a permissible total weight of more than 3.5 tons, such as buses, trucks, construction site vehicles, mining vehicles and the like.
  • the amount of energy and the amount of power determine the design of the flywheel mass Storage unit in such a way that the corresponding amounts are achieved in a permissible, particularly safe, continuous operating state of the flywheel mass storage unit.
  • the ratio of the amount of energy to the amount of power is no more than 0.25 hours, i.e.
  • the flywheel mass storage unit is technically suitable by delivering the electrical power of the specified amount of power to the electric vehicle in a maximum of 0.25 hours (equal to 15 minutes) to be completely discharged, i.e. it can be completely emptied in a maximum of 15 minutes during a normal charging process.
  • the invention is based on the finding that a large part of the problems of existing approaches are based on the premise that the respective vehicle to be charged must always be able to be fully charged by the charging station.
  • the charging time of the respective buffer memory which corresponds to the flywheel mass storage unit of the invention, from which recharging is now taking place, this only makes sense if a large mains connection is available or only a few charging processes are carried out per day.
  • the ratio of amount of energy to amount of power for the proposed charging station is chosen to be small, so that the energy held or buffered in the flywheel mass storage unit is typically far below the capacity of the energy storage device of the electric vehicle to be charged or charged.
  • the Tesla Model 3 Long Range from 2020 only achieves a charging capacity of between 150 and 200 kW under exemplary conditions when the charge level is between 0 and 50%. From a charging access of 40%, the possible charging power and thus the charging speed decrease linearly with the state of charge, so that with a state of charge of the battery of 90%, a charging power of less than 30 kW is achieved. Accordingly, in the 2020 model year, under certain conditions, the Porsche Taycan only achieves ries state of charge between 0 and 25% the advertised charging power of 250 kW. In the range from 35% to just under 70% state of charge, a charging capacity of around 150 kW is consistently possible. At higher states of charge, significantly lower charging capacities are also achieved here, at 90%, for example, 50 kW. Such exemplary measurements are publicly available on the Internet.
  • the charging station described is thus optimized to carry out the (high-performance) charging only for an amount of energy or a period of time in which such a high-performance charging is at all sensible and possible.
  • the invention is thus based on the finding that effectively in vehicles only a small amount of energy in relation to the total capacity of the respective vehicle energy store can be charged with high power, but then the charging power decreases and the charging process takes a long time. It is therefore the most time-effective (and economical) for the charging station and user to charge an already clearly discharged battery, for example with a charge level of 20%, to a medium charge level, for example 50 or 60%.
  • the flywheel mass storage unit is then correspondingly charged and discharged with a high frequency in relation to the usual approaches.
  • the flywheel mass storage unit is an energy storage device that is resistant to load changes and has a service life of 20 years or more, this is not a problem.
  • the structure described is also advantageous in that the flywheel mass storage unit already includes an AC/DC converter due to the technology, with which the desired charging voltages can also be generated, so that an additional, separate DC/DC converter between the energy storage device and the electric vehicle is technically not necessary is required, which further reduces the complexity of the overall system.
  • the specified amount of energy is specified in such a way that it is more than 2% and/or less than 75%, in particular less than 50%, in particular between 5% and 35% or between 5% and 30%, of the values of a given expected value te
  • the expected range of values can also only include a single value.
  • the expected value range is or includes the range from 50 kWh to 150 kWh, in particular 50 kWh to 90 kWh.
  • the expected value range according to a predetermined distribution of energy storage capacities of electric vehicles to be charged or can be charged using the charging station with a predetermined probability of, for example, 95%, that the energy storage capacity of the electric vehicle to be charged is in the expected value range lies.
  • the specified distribution can be specified, for example, by official registration number statistics.
  • the 95% given as an example thus designates a confidence for a prediction in the mathematical sense and can, for example, also be set to 90%, 98% or 99% or other known values.
  • Which electric vehicles, ie which types of electric vehicles, can be charged or can be charged using the charging stations can be determined, for example, by the design of the coupling unit, or else by the location of an installation. For example, an appropriately shaped plug or an appropriate control signal in the coupling unit can ensure that only electric vehicles with appropriate properties can be connected to the charging station can be paired or charged. It can also be ruled out, for example, that a rail-bound electric vehicle is "fuelled" at a motorway service station or a road-bound electric vehicle such as a car on the track bed.
  • the specified distribution can also be achieved by selecting a specified subset of electric vehicles, for example using the official registration number statistics, for example by selecting electric vehicles which, depending on the type, can be charged with a specified minimum output of at least 100 kW, and/or electric vehicles that were built within a specified period.
  • the flywheel mass storage unit has an inverter unit, an AC/DC converter, by means of which an electrical voltage of the electricity provided by the connection unit as DC voltage from the supply infrastructure can be converted into a storage operating AC voltage, and the storage operation - AC voltage into the charging DC voltage, by means of which the electrical power is transmitted to the electric vehicle.
  • no separate direct current converter DC/DC converter
  • DC/DC converter no separate DC voltage converter is connected in particular in a direct current line between the flywheel mass storage unit and the coupling unit and thus the electric vehicle.
  • no separate DC voltage converter is preferably connected overall in the charging station.
  • a separate DC-DC converter can be understood to mean a DC-DC converter with components that are at least largely, i.e.
  • the connection unit can be excluded here.
  • the Inertia storage unit only one such inverter unit, especially when the flywheel storage unit has multiple flywheel storage.
  • the flywheel mass storage unit has less than 6, preferably less than 3, and particularly preferably exactly one flywheel mass storage with a rotating flywheel mass element for storing energy. This is especially true if the charging station is designed for charging on-road electric vehicles. If the charging station is designed to charge waterborne, airborne, or rail-bound electric vehicles, there can be a maximum of 50 and/or at least 10 flywheel mass storage devices, with fewer flywheel mass storage units with greater power and/or energy compared to more flywheel mass storage devices with less to achieve a specified charging capacity Performance and/or energy are to be preferred.
  • the individual flywheel storage devices have the same or essentially the same amount of energy or power. “Essentially the same” here can be understood to mean the same apart from a predetermined deviation of, for example, 25, 15, 10, 5 or 2%.
  • the flywheel storage device(s) are each designed to store energy with an amount of at least 5 kWh, in particular at least 10 kWh, preferably at least 15 kWh and particularly preferably at least 20 kWh.
  • the sum of the stored energies then corresponds to the amount of energy in the flywheel mass storage unit.
  • the flywheel mass storage unit or the flywheel mass storage unit or storage units can each be designed to store energy at a high rate of at most 150 kWh, preferably at most 100 kWh, particularly preferably at most 50 kWh.
  • the flywheel mass storage device(s) can also each be designed to provide the respective stored energy with a respective electrical output of more than 100 kW, in particular with an electrical output corresponding to the power amount of the flywheel mass storage unit. This promotes the benefits described in the last paragraph.
  • the charging station in particular the flywheel mass storage unit or correspondingly a (respective) flywheel mass storage, is designed for the simultaneous charging of only one electric vehicle.
  • the advantages of the charging station described can be realized particularly effectively by designing the coupling unit appropriately, since the charging station is then further optimized for fast consecutive charging of electric vehicles with low to medium amounts of energy measured at the respective capacity of the energy storage device of the electric vehicle.
  • the charging station or the flywheel mass storage unit can be designed for parallel charging of several electric vehicles.
  • the ratio of the amount of energy to the amount of power is no more than 0.2 h, in particular no more than 0.15 h, preferably no more than 0.1 h, particularly preferably no more than 0. 05h This is particularly advantageous for fast consecutive charging of electric vehicles.
  • the specified amount of energy is at most 150 kWh, in particular at most 100 kWh, preferably at most 50 kWh, particularly preferably at most 35 kWh.
  • the specified amount of energy can alternatively be at most 20 MWh, in particular at most 5 MWh, particularly preferably at most 500 kWh. gene.
  • the flywheel mass storage unit is designed to provide the electrical power of the specified amount of power only to the coupling unit and thus to the electric vehicle when the charging status of an energy storage device of the electric vehicle to be charged is below 80%, in particular below 70%, preferably below 55% and more preferably below 40%.
  • the flywheel mass storage unit can have a correspondingly configured control unit or be coupled to such a control unit. This has the advantage that a particularly high charging capacity is achieved and the advantage of the charging station's high electrical charging capacity is used particularly efficiently.
  • the charging station has a control unit, for example the control unit from the last paragraph, which is designed to control the power draw from the flywheel storage unit, in particular from the flywheel storage unit or storage units, in such a way that the flywheel storage unit is always in is emptied in the shortest possible period, i.e. the maximum possible output is made available.
  • the shortest possible period of time or the maximum possible power can be influenced by limiting the voltage of the electric vehicle or limiting the current of the electric vehicle, for example if the battery gets too warm.
  • control unit is designed to control the power withdrawal in such a way that the flywheel mass storage unit is transferred to the electric vehicle in the time period which corresponds to the ratio of the amount of energy to the amount of power, for example in such a way that the electrical power is available for a maximum period of time which corresponds to the ratio of Amount of energy corresponds to amount of power transferred to the electric vehicle.
  • the electric vehicle having a NEN electric energy store with a specified energy storage capacity and the amount of energy specified for the flywheel mass storage unit is more than 2% and/or less than 75%, in particular less than 50%, in particular between 2% and 35 or 30% of the energy storage capacity of the energy store of the electric vehicle .
  • this has the advantage that the rapid charging capability of the charging station and thus the charging station is used particularly efficiently and economically effectively.
  • Another aspect relates to a method for charging electric vehicles, in particular for charging road-bound electric vehicles, with an electrical charging power of more than 100 kW.
  • the method includes the method step of providing an electrical supply current, the method step of storing energy provided in the form of the electrical supply current in a flywheel mass storage unit, and the method step of electrically coupling an electric vehicle to be charged to the flywheel mass storage unit and finally the method step of transmitting electrical power with more than 100 kW from the flywheel mass storage unit to or into the coupled electric vehicle using a charging direct current.
  • the flywheel mass storage unit is designed to store energy in the amount of a specified amount of energy, which is greater than 5 kWh, and to provide the stored energy with electrical power of a specified amount of power, which is greater than 100 kW, with the ratio of the amount of energy to the amount of power not is more than 0.25 hours.
  • the transmission of electrical power with more than 100 kW from the flywheel mass storage unit to or into the coupled electric vehicle by means of a charging DC voltage takes place in particular only if the charging status of an energy storage device of the electric vehicle to be charged with the charging DC voltage is below 80% and/or if another status indicator such as a maximum temperature indicator of the energy storage device and/or a maximum charging current indicator of the energy storage device and/or a maximum charging voltage indicator and/or a maximum charging voltage indicator of the energy storage device allows it.
  • Advantages and advantageous embodiments of the method correspond here to advantages and advantageous embodiments of the charging station described or of the charging system described and vice versa.
  • a further aspect relates to a method for producing a charging station for charging electric vehicles, in particular for charging road-bound electric vehicles, with an electrical charging capacity of more than 100 kW.
  • the method includes the steps of installing, in the charging station, a connection unit for connecting the charging station to an electrical supply infrastructure and for supplying the charging station with electricity, determining an expected value range for respective energy storage capacities of respective electrical energy storage devices by means of the charging station intended use of the same electric vehicles to be charged, installing, in the charging station, a flywheel mass storage unit for storing energy taken from the supply infrastructure in the form of electricity by means of the connection unit, and finally installing, in the charging station, a coupling unit for temporarily coupling the vehicle to be charged Electric vehicle with the flywheel storage unit, which is designed to transfer an electrical output of more than 100 kW by means of a charging direct current from the flywheel storage unit to the electr to transfer vehicle.
  • the flywheel mass storage unit is designed to store energy in the amount of a specified amount of energy, which is greater than 5 kWh and more than 5% and/or less than 75%, in particular less than 50% of the value or values of the expected value range for the respective Energy storage capacity is.
  • the expected value range can be a mathematical expected value of a predefined distribution or can include such a value, for example a corresponding mean value or median.
  • the expected value range can therefore be a single value or amount.
  • the expected range of values can also include the specified distribution directly.
  • the expected value range or the specified distribution is valid during the production period, ie when the expected value range is determined, and can change at a later point in time.
  • a corresponding proof can be provided by a sufficiently large sample sample of charging stations with their respective production period is considered against the background of a corresponding distribution.
  • Advantages and advantageous embodiments of the method for producing the charging station correspond to advantages and advantageous embodiments of the charging station or the method for charging electric vehicles and vice versa.
  • the expected value range depends on a geographic position of an installation site for the charging station and/or for a specified subset of electric vehicles, in particular for passenger cars and/or trucks or buses and/or ships and/or aircraft is determined.
  • FIG. 1 shows an exemplary embodiment of a charging station for Charging electric vehicles.
  • the charging station 1 is designed to charge electric vehicles 2 with an electrical charging capacity of more than 100 kW.
  • An exemplary electric vehicle 2, here a passenger car, is electrically coupled to the charging station.
  • the charging station 1 has a connection unit 3 , a flywheel mass storage unit 4 and a coupling unit 5 .
  • the connection unit 3 is used to connect the charging station 1 to an electrical supply infrastructure 6 and to supply the charging station 1 with electricity.
  • the connection unit 3 has an AC/DC converter 7 in the present case, which converts an AC voltage from the supply infrastructure 6 into a DC voltage.
  • the flywheel mass storage unit 4 is used to store energy drawn from the supply infrastructure 6 by means of the connection unit 3 in the form of electrical current.
  • the flywheel mass storage unit 4 has an inverter unit 8 with an AC/DC converter, by means of which an electrical voltage of the current from the supply infrastructure 6 provided by the connection unit as DC voltage can be converted into a storage operating AC voltage, and the storage operating AC voltage vice versa into a Charging DC voltage, which is provided by the coupling unit 5 to transmit an electrical power of more than 100 kW in the electric vehicle 2.
  • the flywheel mass storage unit has at least one flywheel mass storage unit, but as few as possible, in which flywheel mass and rotor of the associated electrical machine are arranged in a common vacuumed area and are also operated there.
  • the flywheel mass storage unit 4 is designed to store energy in the amount of a predetermined amount of energy, which is greater than 5 kWh, for example 10 kWh.
  • the flywheel mass storage unit is further designed to provide the stored energy to the coupling unit 5 and thus to the electric vehicle 2 with an electrical output of a predetermined amount of power, which is at least 100 kW, with the ratio of the amount of energy to the amount of power not being more than 0.25 hours. With an exemplary output of 150 kW, this results in 0.15 hours, ie the flywheel mass storage unit can store the stored in it Completely deliver energy in 9 minutes and transferred to the electric vehicle 2, provided that the electric vehicle 2, for example a state of charge of the associated electric energy store 9, allows this.

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Abstract

Die Erfindung betrifft Ladestation (1) zum Laden von Elektrofahrzeugen (2), insbesondere zum Laden von straßengebundenen Elektrofahrzeugen (2), mit einer elektrischen Ladeleistung von mehr als 100kW, aufweisend eine Anschlusseinheit (3) zum Anschließen der Ladestation (1) an eine elektrische Versorgungsinfrastruktur (6) und zum Versorgen der Ladestation (1) mit elektrischem Strom; eine Schwungmassenspeichereinheit (4) zum Speichern von mittels der Anschlusseinheit (3) aus der Versorgungsinfrastruktur (6) in Form von elektrischem Strom entnommener Energie; eine Koppeleinheit (5) zum vorübergehenden elektrischen Koppeln des Elektrofahrzeugs (2) mit der Schwungmassenspeichereinheit (4), welche ausgebildet ist eine elektrische Leistung von mehr als 100kW mittels einer Lade-Gleichspannung in das Elektrofahrzeug (2) zu übertragen; wobei die Schwungmassenspeichereinheit (4) ausgebildet ist, Energie in Höhe eines vorgegebenen Energie‐Betrages zu speichern, welcher größer ist als 5kWh; und die gespeicherte Energie mit einer elektrischen Leistung eines vorgegebenen Leistungs-Betrages an die Koppeleinheit (5) und somit das Elektrofahrzeug (2) bereitzustellen, welcher größer ist als 100kW; wobei das Verhältnis von Energie‐Betrag zu Leistungs-Betrag nicht mehr als 0,25h beträgt, um eine Ladestation (1) zum Laden von Elektrofahrzeugen (2) mit einer elektrischen Ladeleistung von mehr als 100 kW bereitzustellen, welche geringe Anforderungen an eine Versorgungsinfrastruktur (6) stellt und möglichst wenig fehleranfällig ist.

Description

Ladestation zum Laden von Elektrofahrzeugen mit einer elektrischen Ladeleistung von mehr als 100 kW
Immer mehr Elektrofahrzeuge, also Fahrzeuge, welche einen elektrischen An- triebsmotor und einen entsprechenden Speicher für elektrische Energie zum
Versorgen des Antriebsmotors aufweisen, bieten die Möglichkeit, mit mehr als 100 kW, derzeit bis zu 300 kW, geladen zu werden. Ein derartiges Laden wird auch als Schnellladen, Ultraschnellladen oder Hochleistungsladen bezeichnet, da es ermöglicht, Energie für eine Reichweite im Bereich von 100 km während einer wenige Minuten währenden Kaffeepause nachzuladen. Bereits während eines 25-minütigen Einkaufs in einem Supermarkt kann mit einem derartigen Hochleistungsladen Energie für die Fahrleistung einer ganzen Woche oder einer längeren Reise in dem Energiespeicher des Elektrofahrzeugs eingespeichert „getankt" werden.
Den Fahrzeugeigentümern ermöglicht dieses Hochleistungsladen auch ohne eigenen Ladepunkt den komfortablen Einstieg in die Elektromobilität. Gleich- zeitig entstehen für Einzelhändler, Restaurantbetriebe, oder auch konventionelle Tankstellen attraktive Geschäftsfelder, da beim Hochleistungsladen bei den üblichen Preisen für die in das Fahrzeug eingespeicherte Energie große Margen von 50 bis 500 % erzielt werden.
Ein großes Problem beim Aufbauen einer Hochleistungsladeinfrastruktur ist der am jeweiligen Installationsort einer Ladestation verfügbare Anschluss an das Versorgungsnetz für elektrischen Strom. Teilweise sind hier die technischen Spezifikationen verlegter Kabel nur schwer, also mit erheblichem zeitlichem Aufwand erhältlich, so dass unbekannt ist, ob entsprechende Netzabschnitte Ladestationen einer geplanten Menge oder Kapazität überhaupt zuverlässig versorgen können. Auch können die bei dem Hochleistungsladen resultierenden zu unvorhersehbaren Zeitpunkten zu erwartenden großen Lastsprünge den jeweiligen Netzabschnitt destabilisieren. Dies führt dazu, dass vor Installation einer Ladestation immer eine aufwändige Prüfung der lokalen elektrischen Versorgungsinfrastruktur, im Allgemeinen das öffentliche Versorgungsnetz, erforderlich ist. Gegebenenfalls ist dann für den lokalen Ausbau der Hochleistungsladeinfrastruktur ein Ausbau des Versorgungsnetzes nötig, welcher mit sehr großen Kosten und langem planerischem Vorlauf verbunden ist. Da allein in Deutschland fast 1000 lokale Verteilnetzbetreiber existieren, ist auch ein Aufbau solcher Hochleistungsladeinfrastruktur über einzelne Regionen hinweg nicht mit einem standardisierten Verfahren umsetzbar.
Gefragt sind somit Lösungen, welche ein Hochleistungsladen an möglichst vielen, möglichst beliebig wählbaren Orten mit möglichst geringem Installationsaufwand ermöglichen.
Entsprechend haben unterschiedliche Anbieter Ladestationen entwickelt, die mittels eines eigenen Energiespeichers den Netzanschluss abpuffern und so am Fahrzeug selbst eine höhere Ladeleistung ermöglichen als eine verfügbare Leistung am Netzanschlusspunkt.
So bietet beispielsweise Volkswagen in Zusammenarbeit mit EON 2020 A.D. eine als „Eon Drive Booster" betitelte Ladestation an, welche eine Kapazität von 193,5 kW-Stunden hat und eine Ladeleistung von 150 kW bereitstellt. Da als Energiespeicher hier ein Lithium-Ionen-Akku eingesetzt wird, begrenzt die Batterielebensdauer die Ladevorgänge auf eine einstellige Zahl pro Tag. Überdies sind in dem Energiespeicher Hunderte oder gar Tausende kleiner Speicherzellen zu einem komplexen Gesamtsystem verschaltet. Durch die große Anzahl an Komponenten wird hier die Fehleranfälligkeit erhöht.
Die EP 2 647 522 Bl offenbart entsprechend eine Stromtankstelle mit einem lastwechselfesten Energiespeicher wie einem Schwungmassenspeicher, welcher zur parallelen Schnellaufladung einer Mehrzahl an mobilen Speichern geeignet ist. Die lastwechselfesten Energiespeicher sind dabei so dimensioniert, dass sie die für die Schnellaufladung benötigte Leistung, die abhängig ist von der Anzahl der (Schnell-)Ladepunkten, über einen längeren Zeitraum, beispielsweise über eine oder mehrere Stunden, abgeben können, bevor die jeweiligen Energiespeicher entladen sind.
Die EP 3 532 337 Bl offenbart wiederum eine Ladestation mit einer Vielzahl von elektrischen Speichereinheiten auf Schwungradbasis, welche jeweils mit einer Kapazität von 3 kW-Stunden und einer Leistung von 15 kW ausgeführt sind. Dabei wird die Effizienz der Ladestation erhöht, indem ein Entladevorgang so gesteuert wird, dass möglichst viele der schwungradbasierten Speichereinheiten prozentual betrachtet möglichst voll-geladen bleiben. Der erzielte Vorteil liegt in der Schwungmassenspeichertechnologie begründet, bei welcher die Effizienz des Systems nicht linear vom prozentualen Ladezustand abhängt. Auch dort sind somit technologiebedingt viele Komponenten erforderlich, was die Komplexität des Systems und damit die Fehleranfälligkeit erhöht.
Der vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine Ladestation zum Laden von Elektrofahrzeugen mit einer elektrischen Ladeleistung von mehr als 100 kW bereitzustellen, welche geringe Anforderungen an eine Versorgungsinfrastruktur stellt und möglichst wenig fehleranfällig ist.
Diese Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen, der Beschreibung, und der Figur. Ein Aspekt betrifft eine Ladestation zum Laden von Elektrofahrzeugen, mit einer elektrischen Ladeleistung von mehr als 100 kW. Die Elektrofahrzeuge umfassen dabei landgebundene, insbesondere schienengebundene und/oder straßengebundene, und/oder wassergebundene und/oder luftgebundene Elektrofahrzeuge. In besonders vorteilhafter Weise ist die Ladestation zum Laden von straßengebundenen Elektrofahrzeugen zum Personen- und/oder Güterverkehr ausgelegt, wie beispielsweise zum Laden von Personenkraftwagen und/oder Lastkraftwagen und/oder Bussen und/oder sonstigen Nutzkraftwagen, beispielsweise Baggern und dergleichen, mit einer elektrischen Ladeleistung von mehr als 100 kW. Alternativ oder ergänzend kann die Ladestation zum Laden von schienengebundenen und/oder wassergebundenen und/oder luftgebundenen Elektrofahrzeugen zum Personen- und/oder Güterverkehr wie beispielweise Loks, insbesondere Rangierloks, Schiffen, insbesondere Fähren, und/oder Flugzeugen, insbesondere Lufttaxis, mit einer elektrischen Ladeleistung von mehr als einem Megawatt ausgebildet sein. Es können dabei auch Obergrenzen für die elektrische Ladeleistung vorgesehen sein, beispielsweise 300 kW für straßengebundene Elektrofahrzeuge und 10 MW für schienengebundene, wassergebundene oder luftgebundene Elektrofahrzeuge. Die Obergrenzen können dabei von der Art des Anschließens an das Elektrofahrzeug abhängig vorgegeben sein.
Die Ladestation weist dabei eine Anschlusseinheit zum Anschließen der Ladestation an eine elektrische Versorgungsinfrastruktur und damit zum Versorgen der Ladestation mit elektrischem Strom auf. Die Anschlusseinheit kann für ein manuelles und/oder automatisiertes Anschließen ausgebildet sein, jeweils insbesondere mittels eines entsprechend vorhandenen Steckers oder Panto- graphen. Die Versorgungsinfrastruktur kann ein öffentliches und/oder regionales und/oder globales Versorgungsnetz und/oder auch ein lokales Versorgungsnetz sein. Ein lokales Versorgungsnetz kann beispielsweise ein durch regenerative Energiequelle(n) versorgtes lokales Versorgungsnetz sein und insbesondere unabhängig von einem öffentlichen und/oder regionalen und/oder globalen Versorgungsnetz. Die Anschlusseinheit kann dabei, wenn die Versorgungsinfrastruktur ein öffentliches und/oder regionales und/oder globales Versorgungsnetz umfasst, einen AC/DC-Umrichter umfassen. Umfasst oder ist die Versorgungsinfrastruktur ein lokales Versorgungsnetz, insbesondere ein durch regenerative Energie(n) versorgtes lokales Gleichspannungs- Versorgungsnetz, so kann alternativ oder ergänzend auch ein DC/DC- Umrichter Teil der Anschlusseinheit sein. Der jeweilige Umrichter ist dann ausgebildet, eine Versorgungs-Gleichspannung für die Ladestation bereitzustellen. Der Begriff der Versorgungsinfrastruktur bzw. des Versorgungsnetzes umfasst hier explizit auch einzelne Versorgungsquellen, welche außer mit der Anschlusseinheit mit keinem weiteren Verbraucher elektrisch gekoppelt sind.
Ferner weist die Ladestation auch eine Schwungmassenspeichereinheit zum Speichern von mittels der Anschlusseinheit aus der Versorgungsstruktur in Form von elektrischem Strom entnommene Energie auf. Die Schwungmassenspeichereinheit weist dabei zumindest einen Schwungmassenspeicher mit einem jeweiligen rotierenden Schwungmassenelement auf, welches zum Rotor einer elektrischen Maschine des Schwungmassenspeichers gehörig ist, d. h. den Rotor umfasst, Teil des Rotors ist oder der Rotor ist. Dabei befinden sich das Schwungmassenelement und damit der Rotor des Schwungmassenspeichers in einem Vakuumbereich des Schwungmassenspeichers, welcher bei Betrieb des Schwungmassenspeichers evakuiert ist. Der zum Rotor gehörige Stator kann entsprechend ebenfalls im Vakuumbereich angeordnet sein oder an diesen angrenzen, beispielsweise indem er Teil des Gehäuses für den Vakuumbereich ist. Dies ermöglicht besonders große Leistungen der Schwungmassenspeicher, da nur elektrische Leistung aus dem Vakuumbereich abgeführt werden muss, nicht jedoch eine kinetische Leistung. Im Gegensatz zu den Magnetkupplungen, welche typischerweise im Stand der Technik eingesetzt werden, um die Vakuumgrenze zu überbrücken, kann daher ein einfacher vakuumdichter, hinsichtlich der übertragbaren elektrischen Leistung frei skalierbarer elektrischer Kontakt genutzt werden. Bevorzugt weist die Schwungmassenspeichereinheit ein gemeinsames Gehäuse auf, in welchem der zumindest eine Schwungmassenspeicher, insbesondere alle Schwungmassenspeicher der Schwungmassenspeichereinheit angeordnet sind.
Die Schwungmassenspeichereinheit kann insbesondere ausgebildet sein eine über die über die jeweils über die Anschlusseinheit aus der Versorgungsinfrastruktur abrufbare Anschlussleistung hinausgehende Spitzenleistung zu erbringen. Die von der Schwungmassenspeichereinheit erbringbare Spitzenleistung kann dabei insbesondere zumindest das 1,5-fache, bevorzugt zumindest das 2-fache und besonders bevorzugt zumindest das 4-fache der über die An- Schlusseinheit aus der Versorgungsinfrastruktur abrufbare Anschlussleistung betragen. Die Schwungmassenspeichereinheit kann dazu ausgebildet sein die über die Anschlusseinheit aus der Versorgungsinfrastruktur abrufbare Anschlussleistung hinausgehende Spitzenleistung höchstens für die dem Verhältnis von Energie-Betrag zu Leistungs-Betrag entsprechenden Zeitdauer zu erbringen, oder für höchstens 15 Minuten, bevorzugt höchstens 10 Minuten, besonders bevorzugt höchstens 5 Minuten zu erbringen. Dies ist insbesondere beim parallelen Laden mehrerer Elektrofahrzeuge vorteilhaft, bei welchem sich die resultierende Leistung aus der Überlagerung der Ladekurven der einzelnen Fahrzeuge ergibt.
Die Ladestation weist auch eine Koppeleinheit zum vorübergehenden elektrischen Koppeln des Elektrofahrzeugs mit der Schwungmassenspeichereinheit auf, welche ausgebildet ist, eine elektrische Leistung von mehr als 100 kW mittels einer Lade-Gleichspannung von der Schwungmassenspeichereinheit in das Elektrofahrzeug zu übertragen. Die Koppeleinheit kann einen Stecker (o- der eine Steckeraufnahme) und/oder einen Pantographen oder eine Panto- graphenaufnahme) aufweisen.
Die Schwungmassenspeichereinheit ist dabei ausgebildet, Energie in Höhe eines vorgegebenen Energiebetrages zu speichern, welcher größer ist als 5 kWh. Insbesondere kann der vorgegebene Energiebetrag auch größer sein als 10 kWh oder größer sein als 15 kWh. Hierfür weist die Schwungmassenspeichereinheit zumindest einen der unten ausführlicher beschriebenen Schwungmassenspeicher auf. Die Schwungmassenspeichereinheit ist auch ausgebildet, die gespeicherte Energie für das Laden mit einer elektrischen Leistung eines vorgegebenen Leistungsbetrages an die Koppeleinheit und somit das Elektrofahrzeug bereitzustellen, welcher größer ist als 100 kW.
Ist die Ladestation zum Laden von schienengebundenen, wassergebundenen, oder luftgebundenen Elektrofahrzeugen ausgelegt, so kann der vorgegebene Leistungsbetrag größer als 500kW, insbesondere größer als ein Megawatt sein. Dies kann auch für straßengebundene Fahrzeuge mit einem zulässigen Gesamtgewicht von mehr als 3,5t gelten, wie beispielsweise Omnibusse, Lastkraftwagen, Baustellenfahrzeuge, Minenfahrzeuge und dergleichen. Energiebetrag und Leistungsbetrag bestimmen die Auslegung der Schwungmassen- Speichereinheit dabei derart, dass die entsprechenden Beträge in einem zulässigen, insbesondere sicheren, Dauer-Betriebszustand der Schwungmassenspeichereinheit erreicht werden. Das Verhältnis von Energiebetrag zu Leistungsbetrag beträgt dabei nicht mehr als 0,25 Stunden, also nicht mehr als 15 Minuten, so dass die Schwungmassenspeichereinheit technisch geeignet ist durch Abgeben der elektrischen Leistung des vorgegebenen Leistungsbetrags in das Elektrofahrzeug in höchstens 0,25 Stunden (gleich 15 Minuten) vollständig entladen zu werden, bei einem bestimmungsgemäßen Ladevorgang also grundsätzlich in höchstens 15 Minuten vollständig entleerbar ist.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass ein Großteil der Probleme bestehender Ansätze in der Prämisse begründet ist, dass das jeweilige zu ladende Fahrzeug stets vollständig durch die Ladestation geladen werden können muss. Dies macht jedoch aufgrund der Ladedauer der jeweilige Pufferspeicher, welcher der Schwungmassenspeichereinheit der Erfindung entspricht, aus dem jetzt nachgeladen ist, nur Sinn, wenn ein großer Netzanschluss zur Verfügung steht oder nur wenige Ladevorgänge pro Tag ausgeführt werden. Entsprechend ist das Verhältnis von Energiebetrag zu Leistungsbetrag für die vorgeschlagene Ladestation klein gewählt, so dass die in der Schwungmassenspeichereinheit vorgehaltene oder gepufferte Energie typischerweise weit unter der Kapazität des jeweils zu ladenden oder geladenen Energiespeichers des Elektrofahrzeugs liegt. Tatsächlich werden nämlich auch bei hochleistungsladefähigen Elektrofahrzeugen, welche mit einer elektrischen Lade-Ieistung von mehr als 100 kW geladen werden können, die entsprechenden Höchstwerte nur in einem kleinen Teil, also während eines Bruchteils eines Gesamtladevorgangs, bei welchem der elektrische Energiespeicher von 0 auf 100 % geladen wird, erreicht.
Beispielsweise erreicht das Tesla-Modell 3 Long Range aus dem Jahr 2020 unter beispielhaften Bedingungen überhaupt nur in einem Ladezustand zwischen 0 und 50 % eine Ladeleistung zwischen 150 und 200 kW. Bereits ab einem Ladezugang von 40 % fällt dann die mögliche Ladeleistung und damit entsprechend die Ladegeschwindigkeit linear mit dem Ladezustand ab, so dass bei einem Ladezustand von 90 % der Batterie nur noch eine Ladeleistung von weniger als 30 kW erreicht wird. Der Porsche Taycan erreicht entsprechend im Modelljahr 2020 unter gewissen Bedingungen nur bei einem Batte- rieladezustand zwischen 0 und 25 % die beworbene Ladeleistung von 250 kW. Im Bereich von 35% bis kurz unter 70 % Ladezustand ist durchgängig eine Ladeleistung von rund 150 kW möglich, bei höheren Ladezuständen werden auch hier deutlich geringere Ladeleistungen erreicht, bei 90 % beispielsweise 50 kW. Derartige beispielhaft Messungen sind im Internet öffentlich verfügbar.
Die beschriebene Ladestation ist somit darauf optimiert, das (Hochleistungs-) Laden nur für eine Energiemenge bzw. Zeitdauer durchzuführen, in welcher ein derartiges Hochleistungsladen überhaupt sinnvoll und möglich ist. Der Erfindung liegt somit die Erkenntnis zugrunde, dass effektiv in Fahrzeugen nur eine im Verhältnis zur Gesamtkapazität des jeweiligen Fahrzeugenergiespeichers geringe Energiemenge mit großer Leistung geladen werden kann, danach jedoch die Ladeleistung abnimmt und sich der Ladevorgang in die Länge zieht. Am zeiteffektivsten (und wirtschaftlichsten) ist es somit, entsprechend für Ladestation und Nutzer eine bereits deutlich entladene Batterie, beispielsweise mit einem Ladezustand von 20 %, auf einen mittleren Ladezustand, beispielsweise 50 oder 60 %, aufzuladen.
Die Reduktion auf dieses eingegrenzte Nutzungsszenario ermöglicht entsprechend einen wesentlich einfacheren Aufbau der Ladestation, bei welchem dann entsprechend auch die Schwungmassenspeichereinheit mit einer im Verhältnis zu den üblichen Ansätzen hohen Frequenz aufgeladen und entladen wird. Dies ist jedoch, da die Schwungmassenspeichereinheit ein lastwechselfester Energiespeicher mit einer Lebensdauer von 20 Jahren oder mehr ist, unproblematisch. Der geschilderte Aufbau ist auch insofern vorteilhaft, da die Schwungmassenspeichereinheit technologiebedingt bereits einen AC/DC- Wandler umfasst, mit welchem auch die gewünschten Ladespannungen erzeugt werden können, so dass ein zusätzlicher, separater DC/DC-Wandler zwischen dem Energiespeicher und dem Elektrofahrzeug technisch nicht erforderlich ist, was die Komplexität des Gesamtsystems weiter verringert.
In einer vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass der vorgegebene Energiebetrag derart vorgegeben ist, dass er mehr als 2 % und/oder weniger als 75 %, insbesondere weniger als 50 %, insbesondere zwischen 5 % und 35 % oder zwischen 5 % und 30 %, der Werte eines vorgegebenen Erwartungswer- tebereichs eine Energiespeicherkapazität eines Elektro-Energiespeichers des mittels der Ladestation zu ladenden Elektrofahrzeugs oder einer Energiespeicherkapazität verfügba re r/insta liierter technologisch verschiedener Ladestationen für Elektrofahrzeuge beträgt. Der Erwartungs-Wertebereich kann auch nur einen einzelnen Wert umfassen. Insbesondere ist oder umfasst der Erwartungswertebereich den Bereich von 50 kWh bis 150 kWh, insbesondere 50kWh bis 90 kWh.
Das gibt den Vorteil, dass eine Energiemenge in der Ladestation gepuffert ist, welche unter der Kapazität der zu ladenden Fahrzeugbatterie liegt, was aber für ein zeiteffektives Laden des Elektrofahrzeugs ausreichend ist, da wie oben beschrieben das Hochleistungsladen mit mehr als 100 kW aufgrund der Technologie der Energiespeicher im Elektrofahrzeug auf eine kleine Untermenge der Ladezustände der jeweiligen Elektrospeicher und damit auf kurze Ladezeiten begrenzt ist. Es wird somit ein unnötiges Vorhalten schnell ladefähiger Energie in der Ladestation vermieden, was die Komplexität des Systems reduziert und damit die Fehlerresistenz erhöht, wie auch die Effizienz des Ansatzes.
Dabei kann vorgesehen sein, dass für den Erwartungs-Wertebereich gemäß einer vorgegebenen Verteilung von Energiespeicher-Kapazitäten von mittels der Ladestation zu ladenden oder ladbaren Elektrofahrzeugen mit einer vorgegebenen Wahrscheinlichkeit von beispielsweise 95 % gilt, dass die Energiespeicherkapazität des zu ladenden Elektrofahrzeugs in dem Erwartungs- Wertebereich liegt. Die vorgegebene Verteilung kann beispielsweise durch eine amtliche Zulassungszahlstatistik vorgegeben sein. Die beispielhaft angegebenen 95 % bezeichnen somit eine Konfidenz für eine Vorhersage im mathematischen Sinne und können beispielsweise auch auf 90 %, 98 % oder 99 % oder andere bekannte Werte gesetzt werden.
Welche Elektrofahrzeuge, also welche Elektrofahrzeug-Typen, mittels der Ladestationen zu laden oder ladbar sind, kann beispielsweise durch die Gestaltung der Koppeleinheit bestimmt werden, oder aber auch durch den Ort einer Installation. Beispielsweise kann ein entsprechend geformter Stecker oder auch ein entsprechendes Steuersignal in der Koppeleinheit sicherstellen, dass nur Elektrofahrzeuge mit entsprechenden Eigenschaften mit der Ladestation gekoppelt oder geladen werden können. Auch ist beispielsweise auszuschließen, dass ein schienengebundenes Elektrofahrzeug an einer Autobahnraststätte „betankt" wird oder ein straßengebundenes Elektrofahrzeug wie ein PKW am Gleisbett. Die vorgegebene Verteilung kann auch durch Auswahl einer vorgegebenen Untermenge von Elektrofahrzeugen, beispielsweise anhand der amtlichen Zulassungszahlstatistik, beispielsweise durch Auswahl von Elektrofahrzeugen, welche typbedingt mit einer vorgegebenen Mindestleistung von zumindest 100 kW ladbar sind, und/oder von Elektrofahrzeugen, welche in einem vorgegebenen Zeitraum gebaut sind.
Das hat den Vorteil, dass die Ladestation basierend auf der Erkenntnis, dass nur ein geringer Anteil der in dem jeweiligen Elektrofahrzeug-Energiespeicher zu speichernden Energie mit einer Ladeleistung von mehr als 100 kW übertragen werden kann, in der Auslegung der Ladestation berücksichtigt ist, was diese besonders effizient und langlebig macht.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Schwungmassenspeichereinheit eine Wechselrichtereinheit, einen AC/DC- Umrichter, aufweist, mittels welcher eine von der Anschlusseinheit als Gleichspannung bereitgestellte elektrische Spannung des Stroms aus der Versorgungsinfrastruktur in eine Speicherbetriebs-Wechselspannung umwandelbar ist, und die Speicherbetriebs-Wechselspannung in die Lade-Gleichspannung, mittels welcher die elektrische Leistung in das Elektrofahrzeug übertragen wird. Dabei ist insbesondere in einer Gleichstromleitung zwischen der Schwungmassenspeichereinheit und der Koppeleinheit und damit dem Elektrofahrzeug kein separater Gleichspannungswandler (DC/DC-Wandler) verschaltet. Bevorzugt ist dabei insgesamt in der Ladestation kein separater Gleichspannungswandler verschaltet. Unter einem separaten Gleichspannungswandler kann dabei ein Gleichspannungswandler mit von der restlichen Vorrichtung zumindest größtenteils, also größtenteils oder vollständig, unabhängig ausgeführten Komponenten verstanden werden, dessen Komponenten somit zumindest überwiegend, also überwiegend oder vollständig, ausschließlich vom Gleichspannungswandler genutzt werden. Dabei kann hier bei einer Versorgungsinfrastruktur, welche eine Gleichspannung bereitstellt, beispielsweise eine Versorgungsinfrastruktur mit einer Photovoltaik-Anlage, die Anschlusseinheit ausgenommen sein. In besonders vorteilhafter Weise weist die Schwungmassenspeichereinheit dabei nur eine einzige solche Wechselrichtereinheit auf, insbesondere auch, wenn die Schwungmassenspeichereinheit mehrere Schwungmassenspeicher aufweist.
Das hat den Vorteil, dass die Komplexität der Ladestation weiter reduziert ist, was Effizienz und Lebensdauer erhöht.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist es vorgesehen, dass die Schwungmassenspeichereinheit weniger als 6, bevorzugt weniger als 3, und besonders bevorzugt genau einen Schwungmassenspeicher mit einem rotierenden Schwungmassenelement zum Speichern von Energie aufweist. Dies gilt insbesondere, wenn die Ladestation für das Laden von straßengebundenen Elektrofahrzeugen ausgelegt ist. Ist die Ladestation zum Laden von wassergebundenen, luftgebundenen, oder schienengebundenen Elektrofahrzeugen ausgebildet, so können entsprechend höchstens 50 und/oder mindestens 10 Schwungmassenspeicher vorhanden sein, wobei hier zum Erreichen einer vorgegebenen Ladeleistung weniger Schwungmassenspeichereinheiten mit größerer Leistung und/oder Energie gegenüber mehr Schwungmassenspeichern mit weniger Leistung und/oder Energie zu bevorzugen sind. Vorteilhafterweise haben die einzelnen Schwungmassenspeicher dabei den gleichen oder im Wesentlichen gleichen Energie- bzw. Leistungsbetrag. Unter „im Wesentlichen gleich" kann hier bis auf eine vorgegebene Abweichung von beispielsweise 25, 15, 10, 5 oder 2 % gleich verstanden werden.
Das hat den Vorteil, dass die Komplexität der Ladestation weiter verringert ist, insbesondere die Leistung der einzelnen Schwungmassenspeicher ähnlich der Leistung der gesamten Ladestation ist, insbesondere zwischen 20 und 100 % der Ladeleistung beträgt.
Dabei kann vorgesehen sein, dass der oder die Schwungmassenspeicher jeweils ausgebildet sind, Energie mit einem Betrag von mindestens 5 kWh, insbesondere mindestens 10 kWh, bevorzugt mindestens 15 kWh und besonders bevorzugt mindestens 20 kWh zu speichern. Die Summe der gespeicherten Energien entspricht dann dem Energiebetrag der Schwungmassenspeichereinheit. Insbesondere können die Schwungmassenspeichereinheit oder der bzw. die Schwungmassenspeicher jeweils ausgebildet sein, Energie in Höhe von höchstens 150 kWh, bevorzugt höchstens 100 kWh, besonders bevorzugt höchstens 50 kWh zu speichern. Der oder die Schwungmassenspeicher können auch jeweils ausgebildet sein, die jeweils gespeicherte Energie mit einer jeweiligen elektrischen Leistung von mehr als 100 kW bereitzustellen, insbesondere mit einer elektrischen Leistung entsprechend dem Leistungsbetrag der Schwungmassenspeichereinheit. Dies fördert die im letzten Absatz beschriebenen Vorteile.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Ladestation, insbesondere die Schwungmassenspeichereinheit oder entsprechend ein (jeweiliger) Schwungmassenspeicher, zum gleichzeitigen Laden ausschließlich eines Elektrofahrzeugs ausgebildet ist. Insbesondere durch das entsprechende Gestalten der Kopplungseinheit können die Vorteile der beschriebenen Ladestation besonders effektiv realisiert werden, da die Ladestation dann weiter auf ein schnelles konsekutives Laden von Elektrofahrzeugen mit geringen bis mittleren Energiemengen gemessen an der jeweiligen Kapazität des Energiespeichers des Elektrofahrzeugs optimiert ist. Alternativ oder ergänzend kann die Ladestation bzw. die Schwungmassenspeichereinheit zum parallelen Laden mehrerer Elektrofahrzeuge ausgebildet sein.
In einer anderen vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Verhältnis von Energie-Betrag zu Leistungs-Betrag nicht mehr als 0,2h beträgt, insbesondere nicht mehr als 0,15h, bevorzugt nicht mehr als 0,1h, besonders bevorzugt nicht mehr als 0,05h. Dies ist besonders vorteilhaft für ein schnelles konsekutives Laden von Elektrofahrzeugen.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass der vorgegebene Energiebetrag höchstens 150 kWh, insbesondere höchstens 100 kWh, bevorzugt höchstens 50 kWh, besonders bevorzugt höchstens 35 kWh beträgt. Dies sind für straßengebundene Elektrofahrzeuge vorteilhafte Energiebeträge, da, so im Sinne des im letzten Absatz Gesagten, Energiemengen vorgehalten werden, welche unter der Kapazität der Fahrzeugbatterie liegen. Entsprechend kann, falls die Ladestation für ein Laden von schienengebundenen oder luftgebundenen oder wassergebundenen Elektrofahrzeugen ausgelegt ist, der vorgegebene Energiebetrag alternativ höchstens 20 MWh, insbesondere höchstens 5 MWh, besonders bevorzugt höchstens 500 kWh betra- gen.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Schwungmassenspeichereinheit ausgebildet ist, die elektrische Leistung des vorgegebenen Leistungsbetrags nur an die Koppeleinheit und damit das Elektrofahrzeug bereitzustellen, wenn ein Ladestatus eines zu ladenden Energiespeichers des Elektrofahrzeugs unter 80 % liegt, insbesondere unter 70 %, bevorzugt unter 55 % und besonders bevorzugt unter 40 %. Beispielsweise kann die Schwungmassenspeichereinheit eine entsprechend konfigurierte Steuereinheit aufweisen oder mit einer solchen Steuereinheit gekoppelt sein. Das hat den Vorteil, dass eine besonders große Ladeleistung erreicht wird und der Vorteil der Ladestation der hohen elektrischen Ladeleistung besonders effizient genutzt wird.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Ladestation eine Steuereinheit, beispielsweise die Steuereinheit aus dem letzten Absatz, aufweist, welche ausgebildet ist, die Leistungsentnahme aus der Schwungmassenspeichereinheit, insbesondere aus dem oder den Schwungmassenspeichern, so zu steuern, dass die Schwungmassenspeichereinheit stets in einem möglichst kurzen Zeitraum geleert wird, also die maximal mögliche Leistung zur Verfügung gestellt wird. Der möglichst kurze Zeitraum bzw. die maximal mögliche Leistung kann dabei durch eine Spannungsbegrenzung des Elektrofahrzeugs oder eine Strombegrenzung des Elektrofahrzeugs, beispielsweise, wenn die Batterie zu warm wird, beeinflusst werden. Insbesondere ist die Steuereinheit ausgebildet, die Leistungsentnahme so zu steuern, dass die Schwungmassenspeichereinheit in dem Zeitraum, welcher dem Verhältnis von Energiebetrag zu Leistungsbetrag entspricht, in das Elektrofahrzeug übertragen wird, beispielsweise so, dass die elektrische Leistung längstens für eine Zeitdauer, welche dem Verhältnis von Energiebetrag zu Leistungsbetrag entspricht, in das Elektrofahrzeug übertragen wird. Das hat den Vorteil, dass die Vorteile der beschriebenen Ladestation besonders gut genutzt werden.
Ein Aspekt betrifft ein Ladesystem mit Elektrofahrzeug und Ladestation nach einer der beschriebenen Ausführungsformen, wobei das Elektrofahrzeug ei- nen Elektro-Energiespeicher mit einer vorgegebenen Energiespeicherkapazität aufweist und der für die Schwungmassenspeichereinheit vorgegebene Energiebetrag mehr als 2 % und/oder weniger als 75 %, insbesondere weniger als 50 %, insbesondere zwischen 2 % und 35 oder 30 % der Energiespeicherkapazität des Energiespeichers des Elektrofahrzeugs beträgt. Das hat, wie oben bereits erläutert, den Vorteil, dass die Schnellladefähigkeit der Ladestation und damit die Ladestation besonders effizient und volkswirtschaftlich effektiv genutzt wird.
Ein anderer Aspekt betrifft ein Verfahren zum Laden von Elektrofahrzeugen, insbesondere zum Laden von straßengebundenen Elektrofahrzeugen, mit einer elektrischen Ladeleistung von mehr als 100 kW. Das Verfahren umfasst dabei den Verfahrensschritt eines Bereitstellens eines elektrischen Versorgungsstroms, den Verfahrensschritt eines Speicherns von in Form des elektrischen Versorgungsstroms bereitgestellter Energie in einer Schwungmassenspeichereinheit, sowie den Verfahrensschritt des elektrischen Koppelns eines zu ladenden Elektrofahrzeugs mit der Schwungmassenspeichereinheit sowie schließlich dem Verfahrensschritt des Übertragens von elektrischer Leistung mit mehr als 100 kW aus der Schwungmassenspeichereinheit an oder in das gekoppelte Elektrofahrzeug mittels einer Lade-Gleichspannung. Die Schwungmassenspeichereinheit ist dabei ausgebildet, Energie in Höhe eines vorgegebenen Energiebetrages zu speichern, welcher größer ist als 5 kWh, und die gespeicherte Energie mit einer elektrischen Leistung eines vorgegebenen Leistungsbetrags bereitzustellen, welcher größer ist als 100 kW, wobei das Verhältnis von Energiebetrag zu Leistungsbetrag nicht mehr als 0,25 Stunden beträgt.
Das Übertragens von elektrischer Leistung mit mehr als 100 kW aus der Schwungmassenspeichereinheit an oder in das gekoppelte Elektrofahrzeug mittels einer Lade-Gleichspannung erfolgt dabei insbesondere ausschließlich, wenn ein Ladestatus eines mit der Lade-Gleichspannung zu ladenden Energiespeichers des Elektrofahrzeugs unter 80 % liegt und/oder wenn ein sonstiger Zustandsindikator wie eine Maximaltemperatur Indikator des Energiespeichers und/oder ein Maximalladestrom-Indikator des Energiespeichers und/oder ein Maximalladespannungsindikator und/oder ein Maximallade- spannungsindikator des Energiespeichers es zulässt. Vorteile und vorteilhafte Ausführungsformen des Verfahrens entsprechen hier Vorteilen und vorteilhaften Ausführungsformen der beschriebenen Ladestation bzw. des beschriebenen Ladesystems und umgekehrt.
Ein weiterer Aspekt betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Ladestation für das Laden von Elektrofahrzeugen, insbesondere für das Laden von straßengebundenen Elektrofahrzeugen, mit einer elektrischen Ladeleistung von mehr als 100 kW. Das Verfahren umfasst dabei die Verfahrensschritte des Verbauens, in der Ladestation, einer Anschlusseinheit zum Anschließen der Ladestation an eine elektrische Versorgungsinfrastruktur und zum Versorgen der Ladestation mit elektrischem Strom, eines Ermittelns eines Erwartungs- Wertebereichs für jeweilige Energiespeicherkapazitäten jeweiliger Elektro- Energiespeicher der mittels der Ladestation bei bestimmungsgemäßem Gebrauch derselben zu ladenden Elektrofahrzeuge, eines Verbauens, in der Ladestation, einer Schwungmassenspeichereinheit zum Speichern von mittels der Anschlusseinheit aus der Versorgungsinfrastruktur in Form von elektrischem Strom entnommener Energie, und schließlich eines Verbauens, in der Ladestation, einer Koppeleinheit zum vorübergehenden Koppeln des zu ladenden Elektrofahrzeugs mit der Schwungmassenspeichereinheit, welche ausgebildet ist, eine elektrische Leistung von mehr als 100 kW mittels einer Lade-Gleichspannung von der Schwungmassenspeichereinheit in das Elektrofahrzeug zu übertragen. Die Schwungmassenspeichereinheit ist dabei ausgebildet, Energie in Höhe eines vorgegebenen Energiebetrages zu speichern, welcher größer ist als 5 kWh und dabei mehr als 5 % und/oder weniger als 75 %, insbesondere weniger als 50 % des Wertes oder der Werte des Erwartungswertebereichs für die jeweiligen Energiespeicher-Kapazitäten beträgt. Der Erwartungs-Wertebereich kann dabei ein mathematischer Erwartungswert einer vorgegebenen Verteilung sein oder einen solchen umfassen, beispielsweise einen entsprechenden Mittelwert oder Median. Der Erwartungs- Wertebereich kann also ein einzelner Wert bzw. Betrag sein. Der Erwartungs- Wertebereich kann auch direkt die vorgegebene Verteilung umfassen. Der Erwartungs-Wertebereich bzw. die vorgegebene Verteilung ist dabei im Zeitraum der Herstellung, also bei dem Ermitteln des Erwartungs-Wertebereichs gültig und kann sich zu einem späteren Zeitpunkt ändern. Ein entsprechender Nachweis kann dabei geführt werden, indem eine ausreichend große Stich- probe von Ladestationen mit ihrem jeweiligen Herstellungszeitraum vor dem Hintergrund einer entsprechenden Verteilung betrachtet wird.
Vorteile und vorteilhafte Ausführungsformen des Verfahrens zum Herstellen der Ladestation entsprechen dabei Vorteilen und vorteilhaften Ausführungsformen der Ladestation bzw. des Verfahrens zum Laden von Elektrofahrzeugen und umgekehrt.
In einer vorteilhaften Ausführungsform des Herstellungsverfahrens ist vorgesehen, dass der Erwartungs-Wertebereich in Abhängigkeit einer geographischen Position eines Installationsortes für die Ladestation und/oder für eine vorgegebene Untermenge von Elektrofahrzeugen, insbesondere für Personenkraftwagen und/oder Lastkraftwagen oder Busse und/oder Schiffe und/oder Flugzeuge ermittelt wird. Das hat den Vorteil, dass die Ladestation mit ihren Eigenschaften besonders gut an die zu ladenden Elektrofahrzeuge angepasst werden kann, so dass die beschriebenen Vorteile besonders effizient erreicht werden.
Die vorstehend in der Beschreibung, auch im einleitenden Teil, 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 verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Es sind somit auch Ausführungen von der Erfindung als umfasst und offenbart anzusehen, die in den Figuren nicht explizit gezeigt und erläutert sind, jedoch durch separierte Merkmalskombinationen aus den erläuterten Ausführungen hervorgehen und erzeugbar sind. Es sind auch Ausführungen und Merkmalskombinationen als offenbart anzusehen, die somit nicht alle Merkmale eines ursprünglich formulierten unabhängigen Anspruchs aufweisen. Es sind darüber hinaus Ausführungen und Merkmalskombinationen, insbesondere durch die oben dargelegten Ausführungen, als offenbart anzusehen, die über die in den Rückbezügen der Ansprüche dargelegten Merkmalskombinationen hinausgehen oder von diesen abweichen.
Dabei zeigt Fig. 1 eine beispielhafte Ausführungsform einer Ladestation zum Laden von Elektrofahrzeugen.
Die Ladestation 1 ist dabei zum Laden von Elektrofahrzeugen 2 mit einer elektrischen Ladeleistung von mehr als 100 kW ausgebildet. Ein beispielhaftes Elektrofahrzeug 2, hier ein Personenkraftwagen, PKW, ist dabei mit der Ladestation elektrisch gekoppelt. Die Ladestation 1 weist eine Anschlusseinheit 3, eine Schwungmassenspeichereinheit 4 und eine Koppeleinheit 5 auf. Die Anschlusseinheit 3 dient dem Anschließen der Ladestation 1 an eine elektrische Versorgungsinfrastruktur 6 und zum Versorgen der Ladestation 1 mit elektrischem Strom. Zu diesem Zweck weist die Anschlusseinheit 3 vorliegend einen AC/DC-Umrichter 7 auf, welcher eine Wechselspannung der Versorgungsinfrastruktur 6 in eine Gleichspannung umwandelt.
Die Schwungmassenspeichereinheit 4 dient dem Speichern von mittels der Anschlusseinheit 3 aus der Versorgungsinfrastruktur 6 in Form des elektrischen Stroms entnommene Energie. Die Schwungmassenspeichereinheit 4 weist vorliegend eine Wechselrichtereinheit 8 mit einem AC/DC-Umwandler auf, mittels welcher eine von der Anschlusseinheit als Gleichspannung bereitgestellte elektrische Spannung des Stroms aus der Versorgungsinfrastruktur 6 in eine Speicherbetriebs-Wechselspannung umwandelbar ist, und die Speicherbetriebs-Wechselspannung umgekehrt in eine Lade-Gleichspannung, welche von der Koppeleinheit 5 zum Übertragen einer elektrischen Leistung von mehr als 100 kW in das Elektrofahrzeug 2 bereitgestellt wird. Die Schwungmassenspeichereinheit weist dabei zumindest einen, jedoch möglichst wenige Schwungmassenspeicher auf, bei welchem Schwungmasse und Rotor der zugehörigen elektrischen Maschine in einem gemeinsamen vakuumierten Bereich angeordnet sind und dort auch betrieben werden. Die Schwungmassenspeichereinheit 4 ist dabei ausgebildet, Energie in Höhe eines vorgegebenen Energiebetrages zu speichern, welcher größer ist als 5 kWh, beispielsweise 10 kWh. Die Schwungmassenspeichereinheit ist dabei weiter ausgebildet, die gespeicherte Energie mit einer elektrischen Leistung eines vorgegebenen Leistungsbetrages an die Koppeleinheit 5 und somit das Elektrofahrzeug 2 bereitzustellen, welcher zumindest 100 kW beträgt, wobei das Verhältnis von Energiebetrag zu Leistungsbetrag nicht mehr als 0,25 Stunden beträgt. Bei einem beispielhaften Leistungsbetrag von 150 kW ergeben sich entsprechend 0,15 Stunden, d. h. die Schwungmassenspeichereinheit kann die in ihr gespeicherte Energie in 9 Minuten vollständig abgeben und in das Elektrofahrzeug 2 übertragen, sofern dass das Elektrofahrzeug 2, beispielsweise ein Ladezustand des zugeordneten Elektro-Energiespeichers 9 dies zulässt.

Claims

Patentansprüche
1. Ladestation (1) zum Laden von Elektrofahrzeugen (2), insbesondere zum
Laden von straßengebundenen Elektrofahrzeugen (2), mit einer elektrischen Ladeleistung von mehr als 100kW, aufweisend
- eine Anschlusseinheit (3) zum Anschließen der Ladestation (1) an eine elektrische Versorgungsinfrastruktur (6) und zum Versorgen der Ladestation (1) mit elektrischem Strom;
- eine Schwungmassenspeichereinheit (4) zum Speichern von mittels der Anschlusseinheit (3) aus der Versorgungsinfrastruktur (6) in Form von elektrischem Strom entnommener Energie,;
- eine Koppeleinheit (5) zum vorübergehenden elektrischen Koppeln des Elektrofahrzeugs (2) mit der Schwungmassenspeichereinheit (4), welche ausgebildet ist eine elektrische Leistung von mehr als 100kW mittels einer Lade-Gleichspannung in das Elektrofahrzeug (2) zu übertragen; dadurch gekennzeichnet, dass die Schwungmassenspeichereinheit (4) ausgebildet ist,
- Energie in Höhe eines vorgegebenen Energie-Betrages zu speichern, welcher größer ist als 5kWh; und
- die gespeicherte Energie mit einer elektrischen Leistung eines vorgegebenen Leistungs-Betrages an die Koppeleinheit (5) und somit das Elektrofahrzeug (2) bereitzustellen, welcher größer ist als 100kW;
- wobei das Verhältnis von Energie-Betrag zu Leistungs-Betrag nicht mehr als 0,25h beträgt.
2. Ladestation (1) nach dem vorherigen Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der vorgegebene Energie-Betrag derart vorgegeben ist, dass er mehr als 2% und/oder weniger als 75%, insbesondere weniger als 50%, insbesondere zwischen 5% und 35%, der Werte eines vorgegebenen Erwartungs-Wertebereiches einer Energiespeicher-Kapazität eines Energiespeicher (9) des mittels der Ladestation (1) zu ladenden Elektrofahrzeugs (2) beträgt, wobei der Erwartungs-Wertebereich insbesondere den Bereich von 50kWh bis 150kWh, bevorzugt von 50kWh bis 90kWh ist.
3. Ladestation (1) nach dem vorherigen Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass für den Erwartungs-Wertebereich gemäß einer vorgegebenen Verteilung von Energiespeicher-Kapazitäten von mittels der Ladestation (1) zu ladenden Elektrofahrzeugen (2), welche beispielsweise durch eine amtliche Zulassungszahl-Statistik vorgegeben ist, mit einer vorgegebenen Wahrscheinlichkeit von beispielsweise 95% gilt, dass die Energiespeicher-Kapazität des zu ladenden Elektrofahrzeugs (2) in dem Erwartungs-Wertebereich liegt. Ladestation (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwungmassenspeichereinheit (4) eine Wechselrichtereinheit aufweist, mittels welcher eine von der Anschlusseinheit (3) als Gleichspannung bereitgestellte elektrische Spannung des Stroms aus der Versorgungsinfrastruktur (6) in eine Speicherbetriebs- Wechselspannung umwandelbar ist, und die Speicherbetriebs- Wechselspannung in die Lade-Gleichspannung mittels welcher die elektrische Leistung in das Elektrofahrzeug (2) übertragen wird, wobei insbesondere in einer Gleichstromleitung zwischen der Schwungmassenspeichereinheit (4) und der Koppeleinheit (5), bevorzugt in der Ladestation (1) insgesamt, kein Gleichspannungswandler verschaltet ist. Ladestation (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwungmassenspeichereinheit (4) weniger als 6, bevorzugt weniger als 3, besonders bevorzugt genau einen Schwungmassenspeicher mit einem rotierenden Schwungmassenelement aufweist. Ladestation (1) nach dem vorherigen Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der oder die Schwungmassenspeicher jeweils ausgebildet sind, Energie mit einem Betrag von mindestens 5kWh, insbesondere mindestens 10kWh, bevorzugt mindestens 15kWh, besonders bevorzugt mindestens 20kWh, zu speichern, insbesondere in Höhe von höchstens 150kWh, bevorzugt höchstens 100kWh, besonders bevorzugt höchstens 50kWh. Ladestation (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ladestation (1) zum gleichzeitigen Laden ausschließlich eines Elektrofahrzeugs (2) ausgebildet ist. Ladestation (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der vorgegebene Energie-Betrag höchstens 150kWh, insbesondere höchstens 100kWh, bevorzugt höchstens 50kWh beträgt. Ladestation (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
Verhältnis von Energie-Betrag zu Leistungs-Betrag nicht mehr als 0,2h beträgt, insbesondere nicht mehr als 0,15h, bevorzugt nicht mehr als 0,1h, besonders bevorzugt nicht mehr als 0,05h. Ladestation (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwungmassenspeichereinheit (4) ausgebildet ist, die elektrische Leistung des vorgegeben Leistungs-Betrags nur an die Koppeleinheit (5) und damit das Elektrofahrzeug (2) bereitzustellen, wenn ein Ladestatus eines zu ladenden Energiespeichers (9) des Elektrofahrzeugs (2) unter 80% liegt, insbesondere unter 70%, bevorzugt unter 55% und besonders bevorzugt unter 40%. Ladestation (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Steuereinheit, welche ausgebildet ist die Leistungsentnahme aus der Schwungmassenspeichereinheit (4) so zu steuern, dass die Schwungmassenspeichereinheit (4) in einem möglichst kurzen Zeitraum geleert wird, insbesondere in einem Zeitraum, welcher dem Verhältnis von Energie-Betrag zu Leistungs-Betrag entspricht, beispielsweise so, dass die elektrische Leistung längstens für eine Zeitdauer, welche dem Verhältnis von Energie-Betrag zu Leistungs-Betrag entspricht in das Elektrofahrzeug (2) übertragen wird. Lade-System mit Elektrofahrzeug (2) und Ladestation (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Elektrofahrzeug (2) einen Energiespeicher einer vorgegebenen Energiespeicher-Kapazität aufweist und der für die Schwungmassenspeichereinheit (4) vorgegebene Energie-Betrag mehr als 5% und/oder weniger als 75%, insbesondere weniger als 50%, insbesondere zwischen 5% und 35 oder 30%, der Energiespeicher-Kapazität des Energiespeichers des Elektrofahrzeugs (2) beträgt. 22 Verfahren zum Laden von Elektrofahrzeugen (2), insbesondere zum Laden von straßengebundenen Elektrofahrzeugen (2), mit einer elektrischen Ladeleistung von mehr als 100kW, mit den Verfahrensschritten:
- Bereitstellen eines elektrischen Versorgungsstroms;
- Speichern von in Form des elektrischem Versorgungsstroms bereitgestellter Energie in einer Schwungmassenspeichereinheit (4), welche ausgebildet ist, Energie in Höhe eines vorgegebenen Energie-Betrages zu speichern, welcher größer ist als 5kWh, und die gespeicherte Energie mit einer elektrischen Leistung eines vorgegebenen Leistungs- Betrages bereitzustellen, welcher größer ist als 100kW, wobei das Verhältnis von Energie-Betrag zu Leistungs-Betrag nicht mehr als 0,25h beträgt;
- elektrisches Koppeln eines zu ladenden Elektrofahrzeugs (2) mit der Schwungmassenspeichereinheit (4);
- Übertragen von elektrischer Leistung mit mehr als 100kW aus der Schwungmassenspeichereinheit (4) in das gekoppelte Elektrofahrzeug (2) mittels einer Lade-Gleichspannung, insbesondere ausschließlich wenn ein Ladestatus eines zu ladenden Energiespeichers (9) des Elektrofahrzeugs (2) unter 80% liegt. Verfahren zum Herstellen einer Ladestation (1) für das Laden von Elektrofahrzeugen (2), insbesondere für das Laden von straßengebundenen Elektrofahrzeugen (2), mit einer elektrischen Ladeleistung von mehr als 100kW, mit den Verfahrensschritten:
- Verbauen einer Anschlusseinheit (3) zum Anschließen der Ladestation (1) an eine elektrische Versorgungsinfrastruktur (6) und zum Versorgen der Ladestation (1) mit elektrischem Strom, in der Ladestation (1);
- Ermitteln eines Erwartungs-Wertebereiches für jeweilige Energiespeicher-Kapazitäten jeweiliger Energiespeicher (9) der mittels der Ladestation (1) zu ladenden Elektrofahrzeuge (2);
- Verbauen einer Schwungmassenspeichereinheit (4) zum Speichern von mittels der Anschlusseinheit (3) aus der Versorgungsinfrastruktur (6) in Form von elektrischem Strom entnommener Energie, welche ausgebildet ist, Energie in Höhe eines vorgegebenen Energie-Betrages zu speichern, welcher größer ist als 5kWh und dabei mehr als 5% und/oder weniger als 75%, insbesondere weniger als 50%, des Wertes oder der Werte des Erwartungs-Wertebereichs für die jeweiligen Energiespeicher-Kapazitäten beträgt, in der Ladestation (1); und
- Verbauen einer Koppeleinheit (5) zum vorübergehenden elektrischen Koppeln des zu ladenden Elektrofahrzeugs (2) mit der Schwungmas- 23 senspeichereinheit (4), welche ausgebildet ist eine elektrische Leistung von mehr als 100kW mittels einer Lade-Gleichspannung in das Elektrofahrzeug (2) zu übertragen, in der Ladestation (1). 15. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei der Erwartungs-Wertebereich in Abhängigkeit einer geografischen Position eines Installationsortes für die Ladestation (1) und/oder für eine vorgegebene Untermenge von Elektrofahrzeugen (2), insbesondere für Personenkraftwagen oder Lastkraftwagen oder Busse, ermittelt wird.
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