DE102020211162A1 - Charging station for charging an electricity storage device of an electric vehicle - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Ladesäule (12) zum Laden eines Stromspeichers (8) eines Elektrofahrzeugs (2), mit einem Gasanschluss (26) für ein Erdgasnetz (32), welchem fluidtechnisch eine Einheit (34) zur Erhöhung einer Wasserstoffkonzentration nachgeschaltet ist. Der Einheit (34) zur Erhöhung einer Wasserstoffkonzentration ist fluidtechnisch eine einen Stromausgang (46) aufweisende Einheit (44) zur Verstromung von Wasserstoff nachgeschaltet.The invention relates to a charging station (12) for charging an electricity storage device (8) of an electric vehicle (2), with a gas connection (26) for a natural gas network (32), which is downstream of a unit (34) for increasing a hydrogen concentration in terms of fluid technology. The unit (34) for increasing a hydrogen concentration is followed fluidly by a unit (44), which has a current outlet (46), for converting hydrogen into electricity.
Description
Die Erfindung betrifft eine Ladesäule zum Laden eines Stromspeichers eines Elektrofahrzeugs.The invention relates to a charging station for charging a power storage device of an electric vehicle.
Zum Laden eines Stromspeichers eines Elektrofahrzeugs, insbesondere einer Hochvoltbatterie, wird üblicherweise eine Ladesäule herangezogen. Diese weist außenseitig einen Ladeanschluss auf, der beispielsweise in einen entsprechenden Stecker des Elektrofahrzeugs gesteckt wird. Alternativ hierzu ist der Ladeanschluss selbst als Stecker ausgebildet, in den eine Leitung gesteckt wird, die wiederum mit dem Elektrofahrzeug verbunden ist. Je nach Art des Ladeanschluss werden unterschiedliche Standards verwendet.A charging station is usually used to charge a power storage device of an electric vehicle, in particular a high-voltage battery. This has a charging connection on the outside, which is plugged into a corresponding plug of the electric vehicle, for example. As an alternative to this, the charging connection itself is designed as a plug into which a line is plugged, which in turn is connected to the electric vehicle. Depending on the type of charging port, different standards are used.
Die Ladesäule ist meist stationär ausgestaltet und elektrisch mit einem Stromnetz verbunden. Somit ist eine im Wesentlichen unbeschränkte Anzahl an Ladevorgängen mittels der Ladesäule durchführbar, und eine Wartung ist im Wesentlichen nicht oder lediglich in vergleichsweise geringem Maße erforderlich. Hierbei ist es jedoch notwendig, dass ein entsprechender Anschluss des Stromnetzes an der gewünschten Einsatzstelle der Ladesäule vorhanden ist, sodass meistens zunächst Bauarbeiten durchgeführt werden müssen. Dies erhöht Montagekosten.The charging station is usually designed to be stationary and electrically connected to a power grid. An essentially unlimited number of charging processes can therefore be carried out using the charging station, and maintenance is essentially not required or is only required to a comparatively small extent. In this case, however, it is necessary that there is a corresponding connection to the power grid at the desired point of use of the charging station, so that construction work usually has to be carried out first. This increases assembly costs.
Falls mehrere Ladesäule neu installiert werden, ist es möglich, dass an sämtlichen Ladesäulen gleichzeitig jeweils ein Kraftfahrzeug elektrisch angeschlossen ist, dessen Stromspeicher geladen werden soll. Infolgedessen ist eine Stromentnahme aus dem Stromnetz vergleichsweise groß. Falls das Stromnetz hierauf nicht angepasst ist, ist es möglich, dass die mit dem Stromnetz geführte elektrische Spannung zusammenbricht, und dass eine Versorgung der Ladesäulen und sonstiger, mit dem Stromnetz verbundener Verbraucher nicht mehr möglich ist. Zumindest jedoch treten in diesem Fall vergleichsweise große Schwankungen in der elektrischen Spannung auf, die mittels des Stromnetzes bereitgestellt ist, sodass zumindest einige der Verbraucher nicht korrekt betrieben werden können. Daher ist es erforderlich, in dem Stromnetz ausreichende Pufferkapazität vorzusehen, und dieses auf eine etwaige erhöhten Energieentnahme vorzubereiten. Auch dies erhöht Montagekosten sowie Investitions- und Betriebskosten. Da jedoch meist nicht sämtliche Ladesäulen gleichzeitig in Betrieb sind, wird die auf diese Weise bereitgestellte Pufferkapazität lediglich zeitweise genutzt, weswegen eine Effizienz daher eine Wirtschaftlichkeit verringert ist. Aus diesen Gründen ist die Montage einer neuen Ladesäule vergleichsweise kostenintensiv, sodass ein die Ladesäulen aufweisendes Versorgungsnetz vergleichsweise dünn ist.If several charging stations are newly installed, it is possible that one motor vehicle is electrically connected to all of the charging stations at the same time, the battery of which is to be charged. As a result, a power draw from the power grid is comparatively large. If the power grid is not adapted to this, it is possible that the electrical voltage carried by the power grid collapses and that it is no longer possible to supply the charging stations and other consumers connected to the power grid. In this case at least, however, there are comparatively large fluctuations in the electrical voltage that is provided by the power grid, with the result that at least some of the consumers cannot be operated correctly. It is therefore necessary to provide sufficient buffer capacity in the power grid and to prepare it for any increased energy consumption. This also increases assembly costs as well as investment and operating costs. However, since not all charging stations are usually in operation at the same time, the buffer capacity provided in this way is only used temporarily, which is why efficiency is therefore reduced. For these reasons, the assembly of a new charging station is comparatively expensive, so that a supply network that has the charging stations is comparatively thin.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine besonders geeignete Ladesäule anzugeben, wobei vorteilhafterweise Montagekosten verringert und/oder eine Wirtschaftlichkeit erhöht sind.The invention is based on the object of specifying a particularly suitable charging station, with assembly costs being advantageously reduced and/or economic efficiency being increased.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.According to the invention, this object is achieved by the features of claim 1. Advantageous developments and refinements are the subject of the subclaims.
Die Ladesäule dient dem Laden eines Stromspeichers eines Elektrofahrzeugs. Hierfür ist die Ladesäule geeignet, insbesondere vorgesehen und eingerichtet. Das Elektrofahrzeug ist beispielsweise ein Fahrrad, das einen elektrischen Motor umfasst. Insbesondere ist das Fahrrad als sogenanntes Pedelec ausgestaltet. Alternativ hierzu ist das Elektrofahrzeug beispielsweise ein elektrisch angetriebener Roller oder ein elektrisch angetriebenes Motorrad. Besonders bevorzugt jedoch ist das Elektrofahrzeug ein elektrisch betriebenes Kraftfahrzeug, insbesondere ein Nutzkraftwagen, wie Lastkraftwagen (Lkw) oder Bus, oder ein Personenkraftwagen (Pkw). Dieses weist zweckmäßigerweise einen Elektromotor auf, der in Wirkverbindung mit Rädern des Kraftfahrzeugs ist. Hierbei bildet der Elektromotor zumindest teilweise einen Hauptantrieb des Kraftfahrzeugs.The charging station is used to charge the battery of an electric vehicle. The charging station is suitable for this, in particular provided and set up. The electric vehicle is, for example, a bicycle that includes an electric motor. In particular, the bicycle is designed as a so-called pedelec. As an alternative to this, the electric vehicle is, for example, an electrically powered scooter or an electrically powered motorcycle. However, the electric vehicle is particularly preferably an electrically operated motor vehicle, in particular a commercial vehicle, such as a truck (lorry) or bus, or a passenger car (car). This expediently has an electric motor which is operatively connected to the wheels of the motor vehicle. Here, the electric motor at least partially forms a main drive of the motor vehicle.
Der Stromspeicher ist beispielsweise mittels eines oder mehrerer Kondensatoren gebildet oder umfasst diese. Besonders bevorzugt jedoch umfasst der Stromspeicher eine oder mehrere (elektrochemische) Batterien und ist zweckmäßigerweise mittels dieser gebildet. Eine derartige Batterie ist insbesondere eine Li-Ionen Batterie. Vorzugsweise ist der Stromspeicher eine sogenannte Hochvoltbatterie, also ein Hochvoltenergiespeicher, mittels derer eine elektrische Spannung größer als 200 V bereitgestellt wird. Insbesondere ist die bereitgestellte elektrische Spannung zwischen 400 V und 800 V.The power storage device is formed, for example, by means of one or more capacitors or includes them. However, the power storage device particularly preferably comprises one or more (electrochemical) batteries and is expediently formed by means of these. Such a battery is in particular a Li-ion battery. The power store is preferably a so-called high-voltage battery, ie a high-voltage energy store, by means of which an electrical voltage greater than 200 V is provided. In particular, the electrical voltage provided is between 400 V and 800 V.
Die Ladesäule weist einen Gasanschluss für ein Erdgasnetz auf. Der Gasanschluss ist somit geeignet, insbesondere vorgesehen und eingerichtet, an das Erdgasnetz angeschlossen zu werden. Im Montagezustand ist hierbei die Ladesäule an das Erdgasnetz angeschlossen, sodass ein Einleiten von Erdgas in die Ladesäule erfolgt. Mit anderen Worten erfolgt eine Versorgung der Ladesäule mittels Erdgases. Beispielsweise weist der Gasanschluss eine einzige Leitung auf, sodass lediglich Erdgas zu der Ladesäule geleitet werden kann. Besonders bevorzugt jedoch umfasst der Gasanschluss zumindest eine zweite Leitung, mittels derer auch ein Rückspeisen von Erdgas oder einem sonstigen Gas in das Erdgasnetz möglich ist. Die beiden Leitungen sind hierbei im Montagezustand zweckmäßigerweise mit einer Hauptleitung des Erdgasnetzes fluidtechnisch verbunden.The charging station has a gas connection for a natural gas network. The gas connection is therefore suitable, in particular intended and set up, to be connected to the natural gas network. In the installed state, the charging station is connected to the natural gas network, so that natural gas is introduced into the charging station. In other words, the charging station is supplied with natural gas. For example, the gas connection has a single line, so that only natural gas can be routed to the charging station. However, the gas connection particularly preferably comprises at least one second line, by means of which natural gas or another gas can also be fed back into the natural gas network. In the assembled state, the two lines are expediently fluidly connected to a main line of the natural gas network.
Mittels des Erdgasnetzes wird Erdgas geführt (engl. „natural gas“) das Kohlenwasserstoffe umfasst, vorzugsweise Methan. Hierbei ist der Methananteil zum Beispiel größer als 50 %, 70 % oder 90 %. Ferner ist in dem Erdgas Wasserstoff enthalten, wobei die Wasserstoffkonzentration zweckmäßigerweise größer als 1 %, 5 %, 10 % oder 20 % ist. Mit anderen Worten dient das Erdgasnetz dem Leiten von Erdgas, das zumindest zu einem Bruchteil Wasserstoff enthält. Es ist jedoch auch möglich, mittels des Erdgasnetzes lediglich Wasserstoff zu führen, sodass das Erdgasnetz ein Wasserstoff führendes Gasnetz ist.Natural gas, which includes hydrocarbons, preferably methane, is routed through the natural gas network. Here, the methane content is, for example, greater than 50%, 70% or 90%. The natural gas also contains hydrogen, with the hydrogen concentration expediently being greater than 1%, 5%, 10% or 20%. In other words, the natural gas network serves to conduct natural gas that contains at least a fraction of hydrogen. However, it is also possible to only carry hydrogen using the natural gas network, so that the natural gas network is a hydrogen-carrying gas network.
Dem Gasanschluss ist fluidtechnisch eine Einheit zur Erhöhung einer Wasserstoffkonzentration nachgeschaltet. Mit anderen Worten wird bei Betrieb das mittels des Erdgasnetzes geführte Erdgas über den Gasanschluss zur Einheit zur Erhöhung einer Wasserstoffkonzentration geleitet. Mittels der Einheit zur Erhöhung einer Wasserstoffkonzentration wird ein Gas ausgegeben, wobei dieses Gas eine höhere Wasserstoffkonzentration als das Erdgas aufweist. Mittels der Einheit zur Erhöhung einer Wasserstoffkonzentration wird somit ein Gas weitergeleitet, das im Vergleich zum verwendeten Erdgas eine erhöhte Wasserstoffkonzentration aufweist, und das anhand des Erdgases erstellt wurde. Beispielsweise ist die Wasserstoffkonzentration 100%, und das Gas besteht nur aus Wasserstoff. Falls bereits das Erdgas lediglich aus Wasserstoff besteht, wird mittels der Einheit zur Erhöhung einer Wasserstoffkonzentration keine weitere Funktion durchgeführt. Die verbleibenden Komponenten des Erdgases, die nicht in das Gas überführt werden, werden zweckmäßigerweise, beispielsweise vollständig oder zumindest teilweise, über den Gasanschluss erneut in das Erdgasnetz eingeleitet.A unit for increasing a hydrogen concentration is connected downstream of the gas connection in terms of fluid technology. In other words, during operation, the natural gas carried by means of the natural gas network is routed via the gas connection to the unit for increasing a hydrogen concentration. A gas is discharged by the hydrogen concentration increasing unit, this gas having a higher hydrogen concentration than the natural gas. By means of the unit for increasing a hydrogen concentration, a gas is thus forwarded which has an increased hydrogen concentration compared to the natural gas used and which was produced using the natural gas. For example, the hydrogen concentration is 100% and the gas consists only of hydrogen. If the natural gas already consists only of hydrogen, no further function is carried out by means of the unit for increasing a hydrogen concentration. The remaining components of the natural gas that are not converted into the gas are expediently, for example completely or at least partially, reintroduced into the natural gas network via the gas connection.
Zusammenfassend wird mittels der Einheit zur Erhöhung einer Wasserstoffkonzentration beispielsweise lediglich der über den Gasanschluss zu der Einheit geleitete Anteil an Wasserstoff weitergeleitet oder zumindest in verstärktem Maß. Hierfür ist die Einheit zur Erhöhung einer Wasserstoffkonzentration geeignet, insbesondere vorgesehen und eingerichtet. Zweckmäßigerweise ist die Einheit zur Erhöhung einer Wasserstoffkonzentration fluidtechnisch direkt mit dem Gasanschluss verbunden, sodass ein Zurückleiten der nicht weitergeleiteten Bestandteile des Erdgases in das Erdgasnetz vereinfacht ist.In summary, by means of the unit for increasing a hydrogen concentration, for example, only the proportion of hydrogen conducted to the unit via the gas connection is passed on, or at least to an increased extent. The unit for increasing a hydrogen concentration is suitable for this, in particular provided and set up. The unit for increasing a hydrogen concentration is expediently connected directly to the gas connection in terms of fluid technology, so that it is easier to return the components of the natural gas that are not passed on to the natural gas network.
Der Einheit zur Erhöhung einer Wasserstoffkonzentration ist fluidtechnisch eine Einheit zur Verstromung von Wasserstoff nachgeschaltet. Beispielsweise sind die beiden Einheiten fluidtechnisch direkt miteinander verbunden, sodass das mittels der Einheit zur Erhöhung einer Wasserstoffkonzentration ausgegebene Gas direkt in die Einheit zur Verstromung von Wasserstoff geleitet wird. Mittels der Einheit zur Verstromung von Wasserstoff wird elektrischer Strom erzeugt, wofür zumindest der mittels der Einheit zur Erhöhung einer Wasserstoffkonzentration bereitgestellte Wasserstoff verwendet wird. Hierfür ist die Einheit zur Verstromung von Wasserstoff geeignet, insbesondere vorgesehen und eingerichtet. Der mittels der Einheit zur Verstromung von Wasserstoff erstellte elektrische Strom wird über einen Stromausgang der Einheit zur Verstromung von Wasserstoff ausgegeben. Insbesondere weist der Stromausgang hierbei zwei unterschiedliche elektrische Pole auf, über die der elektrische Strom ausgegeben werden kann, und an denen bei Betrieb der Einheit zur Verstromung von Wasserstoff eine elektrische Spannung anliegt, vorzugsweise eine elektrische Gleichspannung oder eine elektrische Wechselspannung.The unit for increasing a hydrogen concentration is followed fluidically by a unit for converting hydrogen into electricity. For example, the two units are directly connected to one another in terms of fluid technology, so that the gas emitted by means of the unit for increasing a hydrogen concentration is fed directly into the unit for generating electricity from hydrogen. Electricity is generated by means of the unit for converting hydrogen into electricity, for which at least the hydrogen provided by means of the unit for increasing a hydrogen concentration is used. The unit for generating electricity from hydrogen is suitable for this purpose, in particular provided and set up. The electric power generated by the hydrogen power generation unit is output from a power outlet of the hydrogen power generation unit. In particular, the current output has two different electrical poles, via which the electrical current can be output, and at which an electrical voltage is present during operation of the unit for generating electricity from hydrogen, preferably an electrical direct voltage or an electrical alternating voltage.
Bei der Ladesäule erfolgt bei Betrieb somit eine Erzeugung von elektrischem Strom zumindest teilweise mittels Erdgases. Da das Erdgasnetz meist vergleichsweise flächendeckend ausgebaut ist, sind zum Anschluss der Ladesäule an das Erdgasnetz lediglich vergleichsweise geringe Baumaßnahmen erforderlich. Somit sind Montagekosten und Investitionskosten verringert. Ferner ist hierbei auch bei mehreren Ladesäulen, die an das Erdgasnetz angeschlossen werden, die zusätzliche Belastung vergleichsweise kostengünstig mittels entsprechender Puffer kompensierbar, weswegen eine umfangreiche Anpassung des Erdgasnetzes nicht erforderlich ist. Zudem wird der elektrische Strom im Wesentlichen aus dem in dem Erdgas enthalten Wasserstoff erzeugt, sodass bei der Verstromung keine umweltschädlichen Stoffe entstehen, und das auf diese Weise entstehenden Wasser kann direkt in die Umwelt oder in eine Kanalisation eingeleitet werden, wobei eine Kanalisation meist ebenfalls bereits vergleichsweise flächendeckend ausgebaut ist. Auch ist es auf diese Weise möglich, bei Betrieb in das Erdgasnetz Wasserstoff einzuspeisen, der beispielsweise anhand von regenerativen Energiequellen erzeugt wird, zum Beispiel mittels Photovoltaikmodulen oder Windkraftanlagen. Infolgedessen ist auch ein Zwischenspeichern der mittels dieser bereitgestellten Energie ermöglicht, wobei kein Ausbau einer Infrastruktur oder eine Bereitstellung von Batterien erforderlich ist. Da mittels der Ladesäule dieser Wasserstoff verstromt wird, wird somit mittels der Ladesäule im Wesentlichen aus regenerativen Energiequellen erzeugter elektrischer Strom zum Laden des Stromspeichers des Elektrofahrzeugs herangezogen.When the charging station is in operation, electricity is generated at least partially using natural gas. Since the natural gas network is usually comparatively extensive, only comparatively minor construction work is required to connect the charging station to the natural gas network. Thus assembly costs and investment costs are reduced. Furthermore, the additional load can be compensated comparatively inexpensively by means of appropriate buffers, even with several charging stations that are connected to the natural gas network, which is why extensive adaptation of the natural gas network is not necessary. In addition, the electricity is essentially generated from the hydrogen contained in the natural gas, so that no environmentally harmful substances are produced during the conversion to electricity, and the water produced in this way can be discharged directly into the environment or into a sewage system, with a sewage system usually also already being used is comparatively comprehensive. In this way it is also possible to feed hydrogen into the natural gas network during operation, which hydrogen is generated for example using regenerative energy sources, for example using photovoltaic modules or wind power plants. As a result, intermediate storage of the energy provided by means of this is also made possible, with no expansion of an infrastructure or the provision of batteries being required. Since this hydrogen is converted into electricity by means of the charging station, electric current generated essentially from regenerative energy sources is used to charge the electricity storage device of the electric vehicle by means of the charging station.
Die Ladesäule weist vorzugsweise ein Gehäuse auf, das beispielsweise aus einem Metall gefertigt ist. Somit ist eine Beschädigung von in dem Gehäuse angeordneten Komponenten unterbunden. Vorzugsweise ist das Gehäuse im Montagezustand elektrisch gegen Masse, vorzugsweise gegen Erde, geführt. Zweckmäßigerweise weist das Gehäuse hierfür entsprechende Anschlüsse auf. Somit ist bei Betrieb das elektrische Potential des Gehäuses gleich Masse. Folglich ist eine Verletzung von Personen ausgeschlossen, wenn diese das Gehäuse berühren. Das Gehäuse der Ladesäule selbst ist im Montagezustand zweckmäßigerweise mit einem Boden starr verbunden. Zum Verbinden weist die Ladesäule zweckmäßigerweise entsprechende mechanische Verbindungselemente auf.The charging station preferably has a housing that is made of a metal, for example. This prevents damage to components arranged in the housing. Preferably the housing is under assembly condition is electrically connected to ground, preferably to earth. The housing expediently has corresponding connections for this. Thus, in operation, the electrical potential of the housing is equal to ground. Consequently, injury to persons is excluded if they touch the housing. The housing of the charging station itself is expediently rigidly connected to a floor when assembled. For the purpose of connection, the charging station expediently has corresponding mechanical connection elements.
Beispielsweise sind in dem Gehäuse sämtliche Bestandteile der Ladesäule angeordnet, zumindest die beiden Einheiten. Das Gehäuse weist hierbei zweckmäßigerweise eine Gehäusewand auf, in die zumindest teilweise der Gasanschluss eingebracht ist. Somit ist ein Einspeisen des Erdgases in das Gehäuse möglich. In einer Ausführungsform ist der Stromausgang beispielsweise ebenfalls in eine derartige Gehäusewand eingebracht. Bevorzugt sind, mit Ausnahme der in die Gehäusewände eingebrachten Bauteile der Ladesäule, sämtliche verbleibenden Bauteile innerhalb des Gehäuses angeordnet, sodass diese als eine Einheit ausgebildet ist. Somit ist eine Montage vereinfacht. Auch ist es auf diese Weise möglich die Ladesäule vergleichsweise kompakt zu fertigen und beispielsweise diese als vollständiges System bereits zu zertifizieren, sodass gegebenenfalls vorliegende Auflagen ohne zusätzlichen Aufwand erfüllt werden können.For example, all components of the charging station are arranged in the housing, at least the two units. In this case, the housing expediently has a housing wall into which the gas connection is at least partially introduced. It is thus possible to feed the natural gas into the housing. In one embodiment, the current output is likewise introduced into such a housing wall, for example. With the exception of the components of the charging station introduced into the housing walls, all remaining components are preferably arranged inside the housing so that it is designed as a unit. Thus, assembly is simplified. In this way, it is also possible to manufacture the charging station in a comparatively compact manner and, for example, to already certify it as a complete system, so that any existing requirements can be met without additional effort.
In einer alternativen Ausgestaltung weist die Ladesäule mehrere Gehäuse auf, wobei in den unterschiedlichen Gehäusen unterschiedliche Bauteile angeordnet sind. Hierbei ist insbesondere in einem der Gehäuse die Einheit zur Erhöhung einer Wasserstoffkonzentration und in der anderen die Einheit zur Verstromung von Wasserstoff angeordnet. Somit können diese Einheiten separat zueinander montiert werden. Die Verbindung zwischen diesen erfolgt beispielsweise mittels einer entsprechenden Leitung. Auf diese Weise ist es möglich, vergleichsweise empfindliche Bestandteile der Ladesäule von weiteren Bestandteilen der Ladesäule räumlich zu trennen, mit denen ein etwaiger Nutzer Kontakt hat. Somit ist eine Sicherheit erhöht. Da die Ladesäule mehrere zueinander separat angeordneter Bauteile aufweist, ist auch eine Wartung und ein Austausch dieser, falls eines davon einen Defekt aufweist, erleichtert.In an alternative embodiment, the charging station has a plurality of housings, with different components being arranged in the different housings. Here, in particular, the unit for increasing a hydrogen concentration is arranged in one of the housings and the unit for generating electricity from hydrogen is arranged in the other. Thus, these units can be mounted separately from each other. The connection between these takes place, for example, by means of a corresponding line. In this way it is possible to spatially separate comparatively sensitive components of the charging station from other components of the charging station with which a possible user has contact. Thus, security is increased. Since the charging station has a plurality of components that are arranged separately from one another, maintenance and replacement of these if one of them is defective is also made easier.
Geeigneterweise umfasst die Ladesäule eine Steuereinheit. Zweckmäßigerweise umfasst die Steuereinheit eine Anzahl an elektrischen und/oder elektronischen Bauteilen, mittels derer eine Schaltung realisiert ist, sodass bei Betrieb eine bestimmte Funktion durchgeführt wird. Die Steuereinheit weist beispielsweise einen Prozessor auf, der insbesondere programmierbar ausgestaltet ist. Zum Beispiel ist die Steuereinheit mittels des Prozessors gebildet. Geeigneterweise umfasst die Steuereinheit einen anwenderspezifischen Schaltkreis (ASIC) oder ist mittels dessen gebildet. Mittels der Steuereinheit erfolgt zweckmäßigerweise ein Betrieb der Ladesäule und/oder die Durchführung von bestimmten Funktionen. Beispielsweise wird mittels der Steuereinheit etwaige Ventile, der Gasanschluss und/oder zumindest eine der Einheiten eingestellt.The charging station suitably comprises a control unit. The control unit expediently comprises a number of electrical and/or electronic components, by means of which a circuit is implemented so that a specific function is carried out during operation. The control unit has a processor, for example, which is designed in particular to be programmable. For example, the control unit is formed by the processor. Suitably the control unit comprises or is formed by means of an application specific integrated circuit (ASIC). The charging station is expediently operated and/or certain functions are carried out by means of the control unit. For example, any valves, the gas connection and/or at least one of the units are adjusted by means of the control unit.
In einer Weiterbildung weist die Ladesäule beispielsweise mehrere Einheiten zur Erhöhung einer Wasserstoffkonzentration auf, die einer gemeinsamen Einheit zur Verstromung von Wasserstoff zugeordnet sind, und die somit mittels mehrerer Einheiten zur Erhöhung einer Wasserstoffkonzentration gespeist wird. Hierbei ist zweckmäßigerweise jeder Einheit zur Erhöhung einer Wasserstoffkonzentration ein entsprechender Gasanschluss zugeordnet, oder diese werden mittels des gleichen Gasanschlusses gespeist. In einer Alternative hierzu sind beispielsweise mehrere Einheiten zur Verstromung von Wasserstoff vorhanden, die mittels der gleichen Einheit zur Erhöhung einer Wasserstoffkonzentration gespeist werden.In one development, the charging station has, for example, a number of units for increasing a hydrogen concentration, which are assigned to a common unit for generating electricity from hydrogen, and which is thus fed by means of a number of units for increasing a hydrogen concentration. In this case, a corresponding gas connection is expediently assigned to each unit for increasing a hydrogen concentration, or they are fed by means of the same gas connection. In an alternative to this, there are, for example, several units for generating electricity from hydrogen, which are fed by means of the same unit for increasing a hydrogen concentration.
Beispielsweise umfasst die Einheit zur Verstromung von Wasserstoff eine Verbrennungskraftmaschine, mittels derer ein Generator angetrieben ist. Hierbei wird mittels der Verbrennungskraftmaschine der Wasserstoff verbrannt, insbesondere unter Zugabe von Umgebungsluft, und somit in kinetische Energie umgesetzt. Diese wird mittels des Generators in elektrische Energie umgewandelt. Somit sind Herstellungskosten vergleichsweise gering.For example, the unit for converting hydrogen into electricity includes an internal combustion engine, by means of which a generator is driven. In this case, the hydrogen is burned by means of the internal combustion engine, in particular with the addition of ambient air, and is thus converted into kinetic energy. This is converted into electrical energy by the generator. Thus, manufacturing costs are comparatively low.
Besonders bevorzugt jedoch umfasst die Einheit zur Verstromung von Wasserstoff eine Brennstoffzelle. Da hierbei im Wesentlichen keine beweglichen Teile vorhanden sind, ist eine Geräuschbelastung im Wesentlichen nicht gegeben, weswegen die Ladesäule auch in bewohntem Gebiet betrieben werden kann. Als Brennstoffzelle wird insbesondere eine Polymerelektrolytbrennstoffzelle (PEM), vorzugsweise eine Polymerelektrolytmembranbrennstoffzelle, verwendet, wobei diese beispielsweise im Niedertemperaturbereich oder im Hochtemperaturbereich arbeitet. Diese Art von Brennstoffzellen weisen eine vergleichsweise hohe Stromdichte und ein vergleichsweise gutes dynamisches Verhalten auf. Insbesondere wird die Art von Brennstoffzellen dann herangezogen, falls das mittels der Einheit zur Erhöhung der Wasserstoffkonzentration ausgegebene Gas zu mindestens 90 % oder mehr, wie 99,999%, aus Wasserstoff besteht. In einer Alternative wird als Brennstoffzelle eine Festoxidbrennstoffzelle (SOFC) verwendet, insbesondere falls mittels der Einheit zur Erhöhung einer Wasserstoffkonzentration lediglich eine vergleichsweise geringe Erhöhung der Wasserstoffkonzentration erfolgt, oder der Anteil daran in dem mittels der Einheit zur Erhöhung der Wasserstoffkonzentration abgegebenen Gas unter 90 % oder 99% oder 99,999% ist. Insbesondere weist die Einheit zur Verstromung von Wasserstoff mehrere Brennstoffzellen auf, die beispielsweise zueinander baugleich oder unterschiedlich sind. Alternativ hierzu ist die Einheit zur Verstromung von Wasserstoff mittels einer einzigen Brennstoffzelle gebildet.However, the unit for generating electricity from hydrogen particularly preferably comprises a fuel cell. Since there are essentially no moving parts here, there is essentially no noise pollution, which is why the charging station can also be operated in inhabited areas. In particular, a polymer electrolyte fuel cell (PEM), preferably a polymer electrolyte membrane fuel cell, is used as the fuel cell, with this working, for example, in the low-temperature range or in the high-temperature range. This type of fuel cell has a comparatively high current density and comparatively good dynamic behavior. Specifically, the type of fuel cells is considered when the gas discharged by the hydrogen concentration increasing unit is at least 90% or more, such as 99.999%, hydrogen. In an alternative, a solid oxide fuel cell (SOFC) is used as the fuel cell, in particular if only one comparatively by means of the unit for increasing a hydrogen concentration there is a slight increase in the hydrogen concentration, or the proportion thereof in the gas discharged by the hydrogen concentration increasing unit is below 90%, or 99%, or 99.999%. In particular, the unit for converting hydrogen into electricity has a number of fuel cells which, for example, are structurally identical to or different from one another. As an alternative to this, the unit for generating electricity from hydrogen is formed by means of a single fuel cell.
Zweckmäßigerweise ist dem Stromausgang elektrisch ein Ladeanschluss nachgeschaltet. Der Ladeanschluss umfasst insbesondere einen Ladestecker, und der Ladeanschluss dient dem Laden des Stromspeichers des Elektrofahrzeugs. Hierfür ist der Ladeanschluss geeignet, insbesondere vorgesehen und eingerichtet. Vorzugsweise erfüllt der Ladeanschluss, insbesondere der etwaige Ladestecker, einen bestimmten Standard, zweckmäßigerweise den Typ 1, den Typ 2 oder CHAdeMo. Alternativ ist der Ladeanschluss ein GB/T-Stecker oder umfasst zumindest diesen. Beispielsweise liegt bei Betrieb an dem Ladeanschluss eine elektrische Wechselspannung oder eine elektrische Gleichspannung an. Die an dem Ladeanschluss anliegende elektrische Spannung ist hierbei zweckmäßigerweise auf den Stromspeicher des jeweiligen Elektrofahrzeugs angepasst. Beispielsweise weist die Ladesäule lediglich einen einzigen Ladeanschluss auf, sodass mittels der Ladesäule stets lediglich ein einziges Elektrofahrzeug geladen werden kann. Besonders bevorzugt umfasst die Ladesäule mehrere Ladeanschlüsse, die insbesondere sämtliche dem Stromausgang elektrisch nachgeschaltet sind, oder wobei mehrere Einheiten zur Verstromung von Wasserstoff vorhanden sind, die jeweils einen Stromausgang aufweisen, und wobei jedem der Stromausgänge zumindest ein jeweiliger elektrischer Ladeanschluss zugeordnet ist, sodass mindestens genauso viele Ladeanschlüsse wie Einheiten zur Verstromung von Wasserstoff vorhanden sind. Somit ist ein gleichzeitiges Laden von mehreren Elektrofahrzeugen mittels der gleichen Ladesäule ermöglicht.A charging connection is expediently connected electrically downstream of the current output. The charging connection includes in particular a charging plug, and the charging connection is used to charge the battery of the electric vehicle. The charging connection is suitable for this, in particular provided and set up. The charging connection, in particular any charging plug, preferably meets a certain standard, expediently type 1,
Beispielsweise liegt an dem Ladeanschluss die gleiche elektrische Spannung an, die auch an dem Stromausgang bereitgestellt ist. Besonders bevorzugt jedoch ist zwischen dem Stromausgang und dem Ladeanschluss ein Gleichspannungswandler geschaltet, insbesondere sofern mittels der Einheit zur Verstromung von Wasserstoff eine Gleichspannung bereitgestellt wird, also insbesondere falls dies eine Brennstoffzelle ist oder zumindest umfasst. Mittels des Gleichspannungswandlers wird die von der Einheit zur Verstromung von Wasserstoff bereitgestellte elektrische (Gleich-)Spannung auf einen Wert abgeändert, der insbesondere auf den Stromspeicher des Elektrofahrzeugs abgestimmt und somit auf diesen optimiert ist. Folglich ist es möglich, die Einheit zur Verstromung von Wasserstoff an deren optimalen Arbeitspunkt zu betreiben, ohne den Stromspeicher des Elektrofahrzeugs zu berücksichtigen. Die entsprechende Anpassung an diesen erfolgt mittels des Gleichspannungswandlers. Folglich ist eine Effizienz, insbesondere die Gesamteffizienz, erhöht. Falls die Einheit zur Verstromung von Wasserstoff die Verbrennungskraftmaschine und den Generator umfasst, mittels dessen ein Wechselstrom bereitgestellt wird, ist dem Generator zweckmäßigerweise ein Gleichrichter nachgeschaltet, sodass der Gleichspannungswandler sicher betrieben werden kann.For example, the same electrical voltage is present at the charging connection as is also provided at the current output. Particularly preferably, however, a DC voltage converter is connected between the current output and the charging connection, in particular if a DC voltage is provided by means of the unit for converting hydrogen into electricity, ie in particular if this is or at least includes a fuel cell. By means of the DC voltage converter, the electrical (DC) voltage provided by the unit for converting hydrogen into electricity is changed to a value that is matched in particular to the electricity storage device of the electric vehicle and is therefore optimized for it. As a result, it is possible to operate the unit for generating electricity from hydrogen at its optimum working point without taking the electric vehicle's electricity storage into account. The corresponding adjustment to this is done by means of the DC voltage converter. Consequently, efficiency, in particular overall efficiency, is increased. If the unit for converting hydrogen into electricity includes the internal combustion engine and the generator, by means of which an alternating current is provided, a rectifier is expediently connected downstream of the generator, so that the DC-DC converter can be operated safely.
Beispielsweise ist mit Ausnahme des Ladeanschlusses kein weiterer Bestandteil des Ladesäule mit dem Stromausgang elektrisch kontaktiert. Somit sind Herstellungskosten und Investitionskosten reduziert. Besonders bevorzugt jedoch weist die Ladesäule einen Energiespeicher auf, der elektrisch zwischen den Stromausgang und den Ladeanschluss geschaltet ist. Mittels des Energiespeichers ist es möglich, elektrische Energie zu speichern, sodass im Bedarfsfall über den Ladeanschluss mehr elektrische Energie abgegeben werden kann, als mittels der Einheit zur Verstromung von Wasserstoff aktuell bereitgestellt wird/werden kann. Infolgedessen ist eine Ladezeit zum Laden des Stromspeichers des Elektrofahrzeugs verkürzt, was einen Komfort für einen Nutzer erhöht. Als Energiespeicher wird beispielsweise ein mechanischer Speicher oder ein elektrischer Kondensator herangezogen. Besonders bevorzugt umfasst der Energiespeicher eine elektrische (elektrochemische) Batterie, wie eine Li-Ionen Batterie), welche insbesondere auf die mittels des Ladeanschlusses abgegebene elektrische Spannung angepasst ist. Die Batterie weist zweckmäßigerweise eine Kapazität von mehr als 100 kWh auf.For example, with the exception of the charging connection, no other component of the charging station is in electrical contact with the current output. Thus, manufacturing costs and investment costs are reduced. However, the charging station particularly preferably has an energy store which is electrically connected between the current output and the charging connection. The energy store makes it possible to store electrical energy so that, if necessary, more electrical energy can be delivered via the charging connection than is/can currently be made available by means of the unit for generating electricity from hydrogen. As a result, a charging time for charging the power storage device of the electric vehicle is shortened, which increases convenience for a user. A mechanical store or an electrical capacitor is used as the energy store, for example. The energy store particularly preferably comprises an electrical (electrochemical) battery, such as a lithium-ion battery, which is adapted in particular to the electrical voltage delivered by means of the charging connection. The battery expediently has a capacity of more than 100 kWh.
Besonders bevorzugt weist die Ladesäule zwei Gleichspannungswandler auf, wobei einer davon dem Stromausgang zugeordnet ist, sodass der Energiespeicher mit einer geeigneten elektrische Gleichspannung geladen werden kann. Ein weiterer Gleichspannungswandler ist dem Ladeanschluss zugeordnet, sodass die mittels des Energiespeichers bereitgestellte elektrische Spannung auf den Stromspeicher des Elektrofahrzeugs angepasst wird. Bevorzugt ist dieser Gleichspannungswandler mittels eines Umrichters gebildet, mittels dessen auch eine Wechselspannung abgegeben werden kann, sodass das Elektrofahrzeug auch mit Wechselstrom geladen werden kann. Zusammenfassend ist somit zwischen den beiden Gleichspannungswandler bzw. dem einen Gleichspannungswandler und dem Umrichter ein elektrischer Zwischenkreis gebildet, der zumindest den Energiespeicher umfasst.The charging station particularly preferably has two DC voltage converters, one of which is assigned to the current output, so that the energy store can be charged with a suitable electrical DC voltage. Another DC-DC converter is assigned to the charging connection, so that the electrical voltage provided by means of the energy store is adapted to the power store of the electric vehicle. This DC-DC converter is preferably formed by means of a converter, by means of which an AC voltage can also be output, so that the electric vehicle can also be charged with AC. In summary, an electrical intermediate circuit, which includes at least the energy storage device, is thus formed between the two DC-DC converters or the one DC-DC converter and the converter.
Besonders bevorzugt ist dem Stromausgang elektrisch ein Stromanschluss an ein Stromnetz nachgeschaltet. Hierfür ist der Stromanschluss geeignet, insbesondere vorgesehen und eingerichtet. Beispielsweise ist es hierbei möglich, über den Stromanschluss elektrischen Energie in die Ladesäule einzuspeisen. Sofern der Ladeanschluss vorhanden ist, ist dieser zweckmäßigerweise mit dem Stromanschluss elektrisch kontaktiert, sodass über den Ladeanschluss elektrische Energie von der Einheit zur Verstromung von Wasserstoff und aus dem Stromnetz abgegeben werden kann. Ferner ist es möglich, über den Stromanschluss den etwaigen Energiespeicher zu laden, falls dieser vorhanden ist. Sofern sowohl der Energiespeicher als auch der Stromanschluss vorhanden sind, ist es auch möglich, den Stromspeicher des Elektrofahrzeugs über den Energiespeicher, den Stromanschluss und die Einheit zur Verstromung von Wasserstoff zu laden, sodass eine Ladezeit weiter reduziert ist.A power connection to a power grid is particularly preferred for the electrical power output downstream. The power connection is suitable for this, in particular provided and set up. For example, it is possible to feed electrical energy into the charging station via the power connection. If the charging connection is present, this is expediently in electrical contact with the power connection, so that electrical energy can be released from the unit for generating electricity from hydrogen and from the power grid via the charging connection. It is also possible to charge any energy storage via the power connection, if this is available. If both the energy store and the power connection are available, it is also possible to charge the power store of the electric vehicle via the energy store, the power connection and the unit for generating electricity from hydrogen, so that a charging time is further reduced.
Alternativ oder besonders bevorzugt in Kombination hierzu ist es möglich, über den Stromanschluss elektrische Energie von der Ladesäule in das Stromnetz einzuspeisen. Die elektrische Energie wird hierbei mittels der Einheit zur Verstromung von Wasserstoff bereitgestellt. Infolgedessen ist es möglich, mittels der Ladesäule etwaige Spitzen im Stromnetz zumindest teilweise abzufangen und daher eine Belastung des Stromnetzes zu verringern. Insbesondere wird dies lediglich dann durchgeführt, wenn mittels der Ladesäule kein Laden des Stromspeichers des Elektrofahrzeugs erfolgt.Alternatively or particularly preferably in combination with this, it is possible to feed electrical energy from the charging station into the power grid via the power connection. The electrical energy is provided here by means of the unit for generating electricity from hydrogen. As a result, it is possible to use the charging station to at least partially absorb any peaks in the power grid and therefore to reduce the load on the power grid. In particular, this is only carried out when the charging station is not being used to charge the battery of the electric vehicle.
Beispielsweise ist der Stromanschluss elektrisch direkt mit dem Stromausgang, dem Ladeanschluss, dem etwaigen Energiespeicher oder einem sonstigen Bestandteil des etwaigen Zwischenkreises elektrisch kontaktiert. Besonders bevorzugt jedoch ist ein Umrichter, beispielsweise ein Gleichspannungswandler oder Gleichrichter vorhanden, mittels dessen die mittels des Stromnetzes bereitgestellte elektrische Spannung auf die jeweils benötigte elektrische Spannung innerhalb der Ladesäule, vorzugsweise die des etwaigen Zwischenkreises, angepasst wird. Somit ist es möglich, die Ladesäule intern im Wesentlichen stets mit der gleichen elektrischen Spannung zu betreiben, weswegen die einzelnen Komponenten hierauf angepasst werden können, was eine Effizienz erhöht.For example, the power connection is in direct electrical contact with the power output, the charging connection, any energy store or any other component of any intermediate circuit. However, a converter, for example a DC voltage converter or rectifier, is particularly preferred, by means of which the electrical voltage provided by the power grid is adapted to the electrical voltage required in each case within the charging station, preferably that of any intermediate circuit. It is thus possible to always operate the charging station internally with essentially the same electrical voltage, which is why the individual components can be adapted to this, which increases efficiency.
Beispielsweise umfasst die Einheit zur Erhöhung einer Wasserstoffkonzentration einen Wasserstoffreiniger („Hydrogen Purifier“), der beispielsweise eine Palladium-Membran aufweist. In einer Alternative hierzu umfasst die Einheit zur Erhöhung einer Wasserstoffkonzentration einen Palladiumkatalysator, zweckmäßigerweise Palladiummembran, und arbeitet beispielsweise nach dem Prinzip der PEM/Palladium Diffusion. Alternativ oder in Kombination hierzu weist die Einheit zur Erhöhung einer Wasserstoffkonzentration einen PEM/Druckwechseladsorption (PSA) Absorber auf und/oder ist gemäß einem PEM/Verfahren mit Siliziumoxid-Trockenmittel, also insbesondere Kieselerde, betrieben. In einer weiteren Alternative wird eine Kombination aus einem Palladium-Elektrolyseur/Reinigungssystem verwendet.For example, the unit for increasing a hydrogen concentration includes a hydrogen purifier (“hydrogen purifier”), which has a palladium membrane, for example. In an alternative to this, the unit for increasing a hydrogen concentration comprises a palladium catalyst, expediently a palladium membrane, and works, for example, according to the principle of PEM/palladium diffusion. Alternatively or in combination with this, the unit for increasing a hydrogen concentration has a PEM/pressure swing adsorption (PSA) absorber and/or is operated according to a PEM/process with silicon oxide desiccant, ie in particular silica. In another alternative, a combination palladium electrolyzer/cleaner system is used.
Besonders bevorzugt wird als Einheit zur Erhöhung einer Wasserstoffkonzentration ein elektrochemischer Filter verwendet, oder die Einheit umfasst zumindest diesen. Der (elektrochemische) Filter ist hierbei beispielsweise als Membran oder Keramik ausgestaltet und/oder wirkt zweckmäßigerweise als Protonenpumpe. Bei dem elektrochemischen Filter sind keine beweglichen Teile vorhanden, weswegen ein Verschleiß und ein Wartungsaufwand verringert sind. Zudem ist auf diese Weise eine Geräuschbildung vermieden, und ein derartiger Filter weise eine vergleichsweise hohe Dynamik auf, weswegen ein Betrieb vereinfacht ist. Ferner ist ein kontinuierlicher Fluss des Gases durch die Einheit zur Erhöhung einer Wasserstoffkonzentration möglich, sodass in dem damit abgegebenen Gas im Wesentlichen keine Druckschwankungen vorhanden sind. Somit ist ein gleichmäßiger Betrieb der Ladesäule möglich.An electrochemical filter is particularly preferably used as the unit for increasing a hydrogen concentration, or the unit at least includes this. The (electrochemical) filter is designed here, for example, as a membrane or ceramic and/or expediently acts as a proton pump. There are no moving parts in the electrochemical filter, which means that wear and tear and maintenance are reduced. In addition, noise formation is avoided in this way, and such a filter has comparatively high dynamics, which is why operation is simplified. Furthermore, a continuous flow of the gas through the unit for increasing a hydrogen concentration is possible, so that there are essentially no pressure fluctuations in the gas discharged therewith. Thus, a constant operation of the charging station is possible.
In einer Weiterbildung ist zwischen die Einheit zur Erhöhung einer Wasserstoffkonzentration und die Einheit zur Verstromung von Wasserstoff ein Verdichter geschaltet. Der Verdichter ist beispielsweise ein mechanischer Verdichter oder chemisch, insbesondere elektrochemisch, ausgestaltet. Somit ist eine Geräuschentwicklung vermieden. Mittels des Verdichters wird das mittels der Einheit zur Erhöhung einer Wasserstoffkonzentration abgegebenen Gas auf den Betriebsdruck der Einheit zur Verstromung von Wasserstoff angepasst oder diesem zumindest angenähert, sodass diese vergleichsweise effizient betrieben werden kann.In one development, a compressor is connected between the unit for increasing a hydrogen concentration and the unit for converting hydrogen into electricity. The compressor is, for example, a mechanical compressor or designed chemically, in particular electrochemically. Thus, noise is avoided. By means of the compressor, the gas delivered by means of the unit for increasing a hydrogen concentration is adapted to the operating pressure of the unit for generating electricity from hydrogen, or at least approximated to it, so that it can be operated comparatively efficiently.
Alternativ oder besonders bevorzugt in Kombination hierzu ist fluidtechnisch zwischen die Einheit zur Erhöhung einer Wasserstoffkonzentration und die Einheit zur Verstromung von Wasserstoff ein Reformer geschaltet. Der Reformer dient dem Umsetzen von Kohlenwasserstoffen, zweckmäßigerweise Methan, in Wasserstoff und ist hierfür geeignet, insbesondere vorgesehen und eingerichtet. Der Reformer arbeitet beispielsweise nach dem Verfahren der Dampfreformierung. Aufgrund des Reformers wird somit die Menge an Wasserstoff erhöht, weswegen die mittels der Einheit zur Verstromung von Wasserstoff bereitgestellte elektrische Energie erhöht wird, auch wenn in dem Erdgasnetz beispielsweise kurzzeitig oder aufgrund von sonstigen Bedingungen, aktuell eine Wasserstoffkonzentration in dem Erdgas vergleichsweise niedrig ist. Beispielsweise wird der Reformer lediglich dann zugeschaltet, wenn eine Wasserstoffkonzentration in dem Erdgas zum aktuellen Zeitpunkt vergleichsweise gering ist, oder der Reformer wird stets betrieben.Alternatively, or particularly preferably in combination with this, a reformer is connected in terms of fluid technology between the unit for increasing a hydrogen concentration and the unit for generating electricity from hydrogen. The reformer is used to convert hydrocarbons, expediently methane, into hydrogen and is suitable for this purpose, in particular provided and set up. The reformer works, for example, according to the steam reforming process. Due to the reformer, the amount of hydrogen is thus increased, which is why the electrical energy provided by the unit for generating electricity from hydrogen is increased, even if a hydrogen concentration in the natural gas is currently comparatively low in the natural gas network, for example for a short time or due to other conditions. For example, the reformer is only switched on when a hydrogen concentration in the natural gas is comparatively low at the current time, or the reformer is always operated.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigt die einzige Zeichnung schematisch vereinfacht ein Elektrofahrzeug und eine Ladesäule, die an ein Erdgasnetz und ein Stromnetz angeschlossen ist.An exemplary embodiment of the invention is explained in more detail below with reference to a drawing. The only drawing therein shows a schematically simplified view of an electric vehicle and a charging station that is connected to a natural gas network and an electricity network.
In der Figur ist schematisch vereinfacht ein Elektrofahrzeug 2 in Form eines Personenkraftwagens (Pkw) dargestellt. Das Elektrofahrzeug 2 weist einen Elektromotor 4 auf, mittels dessen zumindest eines oder mehrere von einer Anzahl an Rädern 6 des Kraftfahrzeugs 2 angetrieben ist. Die Räder 6 dienen dem Kontakt des Elektrofahrzeugs 2 zu einem nicht näher dargestellten Boden. Der Elektromotor 4 ist mittels eines Stromspeichers 8 betrieben, der als Hochvoltbatterie ausgebildet ist. Mittels des Stromspeichers 8 wird ein nicht näher dargestellter Umrichter bestromt, mittels dessen der Elektromotor 4 betrieben ist. Mittels des Stromspeichers 8 wird eine elektrische Gleichspannung von 800 V bereitgestellt, die von dem Umrichter in eine Wechselspannung transformiert wird, die an die Leistungsanforderung an der Elektromotor 4 angepasst ist. Das Elektrofahrzeug 2 weist ferner einen elektrischen Stecker 10 auf, der elektrisch mit dem Stromspeichers 8 verbunden ist. Über den Stecker 10 ist es möglich, elektrische Energie in das Elektrofahrzeug 2 einzuspeisen und somit den Stromspeichers 8 zu laden.The figure shows an
Ferner ist in
Zudem weist die Ladesäule 12 einen Gasanschluss 26 auf, der ebenfalls in eine Wand des Gehäuses 14 eingebracht ist. Der Gasanschluss 26 weist eine erste Leitung 28 sowie eine zweite Leitung 30 auf, die jeweils mit einem Erdgasnetz 32 fluidtechnisch verbunden sind. Mittels des Erdgasnetzes 32 wird Erdgas geführt, das eine Zusammensetzung unterschiedlicher Gase enthält, hauptsächlich Methan und einen Anteil an Wasserstoff. Mittels der ersten Leitung 28 wird das Erdgas zu einer Einheit 34 zur Erhöhung einer Wasserstoffkonzentration geleitet, die somit dem Gasanschluss 26 fluidtechnisch nachgeschaltet ist. Die Einheit 34 zur Erhöhung einer Wasserstoffkonzentration ist ein elektrochemischer Filter, und mittels der ersten Leitung 28 wird das mittels des Erdgasnetzes 32 bereitgestellte Erdgas zu der Einheit 34 zur Erhöhung einer Wasserstoffkonzentration geleitet. Mittels des elektrochemischen Filters wird von dem Erdgas hauptsächlich der Wasserstoff über einen Ausgang 36 als Gas 38 weitergeleitet, wobei das Gas 38, je nach Ausgestaltung des elektrochemischen Filters, auch weiterhin Kohlenwasserstoffe aufweist, also Methan. Der Hauptteil des Methans jedoch wird mittels der zweiten Leitung 30 zurück in das Erdgasnetz 33 geleitet. Zusammenfassend weist das Gas 38 eine höhere Konzentration an Wasserstoff auf als das mittels des Erdgasnetzes 32 bereitgestellte Erdgas. In addition, the charging station 12 has a
Fluidtechnisch ist der Einheit 34 zur Erhöhung einer Wasserstoffkonzentration ein Reformer 40 nachgeschaltet, sodass das Gas 38 zu dem Reformer 40 geleitet wird. Der Reformer 40 arbeitet nach dem Verfahren der Dampfreformierung, und mittels des Reformers 40 wird ein Teil des noch in dem Gas 38 enthaltenen Methans in Wasserstoff umgesetzt, wobei das dabei entstehende Kohlendioxid in die Umgebung abgegeben wird. Somit wird mittels des Reformers 40 die Wasserstoffkonzentration innerhalb des Gases 38 weiter erhöht, und das auf diese Weise bearbeitete Gas 38 wird zu einem Verdichter 42 geleitet, der somit fluidtechnisch dem Reformer 40 nachgeschaltet ist. Folglich ist auch der Verdichter 42 der Einheit 34 zur Verstromung von Wasserstoff nachgeschaltet. Der Verdichter 42 ist ein elektrochemischer Verdichter, mittels dessen ein Druck des Gases 38 erhöht wird. Hierfür weist der Verdichter 42 entsprechende Membranen und/oder Keramiken auf.A
Dem Verdichter 42 ist fluidtechnisch eine Einheit 44 zur Verstromung von Wasserstoff nachgeschaltet, die einen Stromausgang 46 aufweist. Zusammenfassend ist somit der Einheit 34 zur Erhöhung einer Wasserstoffkonzentration fluidtechnisch die den Stromausgang 46 aufweisende Einheit 44 zur Verstromung von Wasserstoff nachgeschaltet, und zwischen die Einheit 34 zur Erhöhung einer Wasserstoffkonzentration und die Einheit 44 zur Verstromung von Wasserstoff ist sowohl der Reformer 40 zum Umsetzten von Kohlenwasserstoffen in Wasserstoff und der Verdichter 42 fluidtechnisch geschaltet.A
Die Einheit 44 zur Verstromung von Wasserstoff umfasst eine oder mehrere Brennstoffzellen, die jeweils als Polymerelektrolytmembranbrennstoffzelle ausgestaltet sind, vorzugsweise als Niedertemperatur-Polymerelektrolytmembranbrennstoffzelle. Mittels der Einheit 44 zur Verstromung von Wasserstoff wird somit das Gas 38 oder zumindest der darin vorhandene Anteil an Wasserstoff in elektrischen Strom gewandelt, der über den Stromausgang 46 abgeführt wird, sodass an dem Stromausgang 46 eine elektrische Spannung anliegt. Das hierbei entstehende Wasser wird entweder in die Umgebung oder über einen nicht näher dargestellten Anschluss in eine Kanalisation eingeleitet. In einer nicht näher dargestellten Variante wird als Brennstoffzelle eine Festoxidbrennstoffzelle (SOFC) verwendet, nämlich dann, wenn in dem Gas 38, mittels derer die Einheit 44 zur Verstromung von Wasserstoff betrieben ist, auch weiterhin ein vergleichsweiser großer Anteil an Methan enthalten ist.The
An den Stromausgang 46 ist ein Gleichspannungswandler 48 angeschlossen, mittels dessen die an dem Stromausgang 46 anliegende elektrische Spannung abgeändert wird. Hierbei wird die elektrische Spannung auf 800 V erhöht, und diese wird in einen Zwischenkreis 50 eingespeist. Somit wird mit dem Zwischenkreis 50 eine elektrische Gleichspannung von 800 V geführt. Der Zwischenkreis 50 ist an den Stromanschluss 20 angeschlossen, wobei der Stromanschluss einen nicht näher dargestellten Umrichter aufweist, sodass die mittels des Stromnetzes 22 bereitgestellte elektrische Spannung ebenfalls auf die in dem Zwischenkreis 50 vorherrschende elektrische Spannung gewandelt werden kann. Auch ist es möglich, mittels des Umrichters die elektrische Spannung des Zwischenkreises 50 auf die elektrische Spannung des Stromnetzes 22 anzupassen.A
Der Zwischenkreis 50 weist ferner einen Energiespeicher 52 auf, der als Hochvoltbatterie ausgestaltet ist, und der somit sowohl mit dem Gleichspannungswandler 48 als auch dem Stromausgang 48 elektrisch kontaktiert ist. Ferner ist mit dem Zwischenkreis 50 ein Umrichter 54 elektrisch kontaktiert, mittels dessen einer der Ladeanschlüsse 16 gespeist ist. Der andere Ladeanschluss 16 ist direkt mit dem Zwischenkreis 50 elektrisch kontaktiert. Somit ist zwischen den Stromausgang 46 und die Ladeanschlüsse 16 der Gleichspannungswandler 48 sowie der Energiespeicher 52 geschaltet, und dem Stromausgang 46 der Einheit 44 zur Verstromung von Wasserstoff ist der Stromanschluss 20 an das Stromnetz 22 elektrisch nachgeschaltet.The
Ferner weist die Ladesäule 12 eine Steuereinheit 56 auf, mittels derer einige oder sämtliche der Bauteile der Ladesäule 12 eingestellt und/oder gesteuert werden. Auch ist es möglich, mittels der Steuereinheit 56 nicht näher dargestellte Ventile zu betätigen, sodass eine Fließgeschwindigkeit/Druck des verwendeten Erdgases und/oder des Gases 38 eingestellt werden kann. Sämtliche Bauteile der Ladesäule 12 sind, mit Ausnahme des Gasanschlusses 16 sowie der Ladeanschlüsse 16 und des Stromanschlusses 20 in dem Gehäuse 14 angeordnet, sodass diese mittels des Gehäuses 14 geschützt sind.Furthermore, the charging station 12 has a
Bei Betrieb der Ladesäule 12 wird mittels der Einheit 34 zur Erhöhung einer Wasserstoffkonzentration 34 das Gas 38 erstellt, das mittels des Reformers 40 weiter abgewandelt wird und mittels des Verdichter 42 verdichtet wird. Mittels der Einheit 44 zur Verstromung von Wasserstoff wird anhand des in dem Gas 38 enthaltenen Wasserstoff der elektrische Strom erzeugt, der über den Gleichspannungswandler 48 in den Zwischenkreis 50 eingespeist wird und mittels dessen der Energiespeicher 52 geladen wird. Da keine mechanisch bewegten Teile vorhanden sind, ist eine Geräuschentwicklung vergleichsweise gering, sodass Ladesäule 12 auch in bewohntem Gebiet und zu jeder Uhrzeit betrieben werden kann. Auch entstehen bei Betrieb keine umweltschädlichen Stoffe, weswegen eine aufwändige Abgasreinigung nicht erforderlich ist. Falls am Aufstellungsort der Ladesäule 12 ein Ausstoß von Kohlendioxid untersagt ist, wird der Reformer 40 nicht benutzt, oder ist nicht vorhanden.During operation of the charging station 12 , the
Wenn mittels der Ladesäule 12 der Stromspeicher 8 des Elektrofahrzeugs 2 geladen werden soll, wird das Kabel 18 mit dem entsprechenden Ladeanschluss 16 elektrisch kontaktiert, und es erfolgt ein Übertrag von elektrischer Energie aus der Ladesäule 12 über das Kabel 18 zu dem Stromspeicher 8. Hierbei wird der mittels der Einheit 44 zur Verstromung von Wasserstoff bereitgestellte elektrische Strom über den Gleichspannungswandler 48 und den Zwischenkreis 50 zu dem Ladeanschluss 16 direkt oder über den Umrichter 54 geleitet. Mittels des Umrichters 54 wird hierbei, je nach Anforderungen und Ausgestaltungen des Stromspeichers 8 die in dem Zwischenkreis 50 vorliegende elektrische Gleichspannung auf eine niedrigere elektrische Gleichspannung oder auf eine elektrische Wechselspannung transformiert. Falls eine Ladezeit des Stromspeichers 8 verkürzt werden soll, wird zusätzlich elektrische Energie aus dem Energiespeicher 52 entnommen und über den verwendeten Ladeanschluss 16 zu dem Stromspeichers 8 des Elektrofahrzeugs 2 geleitet. Zur weiteren Verkürzung kann zusätzlich elektrische Energie dem Stromnetz 22 entnommen werden, die über den Stromanschluss 20 und den Zwischenkreis 50 zu dem jeweiligen Ladeanschluss 16 geleitet wird.If the charging station 12 is to be used to charge the
Es ist auch möglich, zwei Elektrofahrzeuge 2 zu laden, wobei diese dann unterschiedlichen Ladeanschlüssen 16 zugeordnet sind. Falls kein Elektrofahrzeug 2 geladen werden soll, oder falls dies lediglich vergleichsweise langsam erfolgen soll, wird die mittels der Einheit 44 zur Verstromung von Wasserstoff bereitgestellte elektrische Energie in den Energiespeicher 52 geleitet, und somit dieser geladen. Folglich steht die dort gespeicherte elektrische Energie für einen nachfolgenden Schnellladevorgang zur Verfügung. Zudem kann, wenn die mittels der Einheit 44 zur Verstromung von Wasserstoff bereitgestellte elektrische Energie nicht in den Energiespeicher 52 oder in den Stromspeicher 8 des Elektrofahrzeugs 2 eingespeist werden soll, über den Stromanschluss 20 in das Stromnetz 22 eingespeist werden. Auf diese Weise kann eine Spitzenbelastung des Stromnetzes 22 verringert werden, und dieses wird somit mittels der Ladesäule 12 stabilisiert.It is also possible to charge two
Falls von einem Kraftwerk, bei dem elektrische Energie anhand von regenerativen Energiequellen produziert wird, beispielsweise eine Photovoltaikanlage oder ein Windkraftwerk, elektrischer Strom produziert wird, der zu dem aktuellen Zeitpunkt und/oder in der Umgebung des Kraftwerks nicht benötigt wird, kann dieser zur Herstellung von Wasserstoff verwendet werden. Hierzu erfolgt eine entsprechende Anpassung/ Erweiterung der Hardware-Komponenten, und es wird beispielsweise ein separater Elektrolyseur und/oder eine reversible Brennstoffzelle verwendet. Der auf diese Weise erstellte Wasserstoff wird nachfolgend in das Erdgasnetz 32 eingespeist, weswegen die Wasserstoffkonzentration des sich dort befindenden Erdgases erhöht wird. Dieser Wasserstoff wird von der Ladesäule 12 entnommen. Infolgedessen erfolgt ein Laden des Stromspeichers 8 des Kraftfahrzeugs 2 und somit ein Betrieb des Kraftfahrzeugs 2 anhand von mittels regenerativer Energiequellen bereitgestellten elektrischen Stroms.If a power plant that produces electrical energy using renewable energy sources, such as a photovoltaic system or a wind power plant, produces electricity that is not required at the current time and/or in the vicinity of the power plant, it can be used to produce hydrogen are used. For this purpose, the hardware components are adapted/expanded accordingly, and a separate electrolyzer and/or a reversible fuel cell is used, for example. The hydrogen produced in this way is subsequently fed into the
Die Erfindung ist nicht auf das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt. Vielmehr können auch andere Varianten der Erfindung von dem Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen. Insbesondere sind ferner alle im Zusammenhang mit dem Ausführungsbeispiel beschriebenen Einzelmerkmale auch auf andere Weise miteinander kombinierbar, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen.The invention is not limited to the embodiment described above. On the contrary, other variants of the invention can also be derived from this by a person skilled in the art without departing from the subject matter of the invention. In particular, all of the individual features described in connection with the exemplary embodiment can also be combined with one another in other ways without departing from the subject matter of the invention.
BezugszeichenlisteReference List
- 22
- Elektrofahrzeugelectric vehicle
- 44
- Elektromotorelectric motor
- 66
- Radwheel
- 88th
- Stromspeicherpower storage
- 1010
- Steckerplug
- 1212
- Ladesäulecharging station
- 1414
- Gehäusehousing
- 1616
- Ladeanschlusscharging port
- 1818
- Kabelcable
- 2020
- Stromanschlusspower connection
- 2222
- Stromnetzpower grid
- 2424
- Stromleitungpower line
- 2626
- Gasanschlussgas connection
- 2828
- erste Leitungfirst line
- 3030
- zweite Leitungsecond line
- 3232
- Erdgasnetznatural gas network
- 3434
- Einheit zur Erhöhung einer WasserstoffkonzentrationUnit for increasing a hydrogen concentration
- 3636
- Ausgangexit
- 3838
- Gasgas
- 4040
- Reformerreformer
- 4242
- Verdichtercompressor
- 4444
- Einheit zur Verstromung von WasserstoffHydrogen power generation unit
- 4646
- Stromausgangcurrent output
- 4848
- GleichspannungswandlerDC converter
- 5050
- Zwischenkreisintermediate circuit
- 5252
- Energiespeicherenergy storage
- 5454
- Umrichterconverter
- 5656
- Steuereinheitcontrol unit
Claims (9)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE102020211162.6A DE102020211162A1 (en) | 2020-09-04 | 2020-09-04 | Charging station for charging an electricity storage device of an electric vehicle |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE102020211162.6A DE102020211162A1 (en) | 2020-09-04 | 2020-09-04 | Charging station for charging an electricity storage device of an electric vehicle |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE102020211162A1 true DE102020211162A1 (en) | 2022-03-10 |
Family
ID=80266565
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE102020211162.6A Pending DE102020211162A1 (en) | 2020-09-04 | 2020-09-04 | Charging station for charging an electricity storage device of an electric vehicle |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE102020211162A1 (en) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20030008183A1 (en) | 2001-06-15 | 2003-01-09 | Ztek Corporation | Zero/low emission and co-production energy supply station |
| US20100322845A1 (en) | 2006-08-09 | 2010-12-23 | L'air Liquide Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude | Method of Hydrogen Purification |
| US20140030615A1 (en) | 2012-07-24 | 2014-01-30 | Nuvera Fuel Cells, Inc. | Distributed Hydrogen Extraction System |
| DE102013220939A1 (en) | 2013-10-16 | 2015-04-16 | Robert Bosch Gmbh | Process for the distribution of hydrogen gas to an end user, extraction unit and device for the distribution of hydrogen gas |
| DE102018007001A1 (en) | 2018-09-05 | 2020-03-05 | Karl Werner Dietrich | Process for the decentralized generation of electrical energy for electromobility |
-
2020
- 2020-09-04 DE DE102020211162.6A patent/DE102020211162A1/en active Pending
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20030008183A1 (en) | 2001-06-15 | 2003-01-09 | Ztek Corporation | Zero/low emission and co-production energy supply station |
| US20100322845A1 (en) | 2006-08-09 | 2010-12-23 | L'air Liquide Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude | Method of Hydrogen Purification |
| US20140030615A1 (en) | 2012-07-24 | 2014-01-30 | Nuvera Fuel Cells, Inc. | Distributed Hydrogen Extraction System |
| DE102013220939A1 (en) | 2013-10-16 | 2015-04-16 | Robert Bosch Gmbh | Process for the distribution of hydrogen gas to an end user, extraction unit and device for the distribution of hydrogen gas |
| DE102018007001A1 (en) | 2018-09-05 | 2020-03-05 | Karl Werner Dietrich | Process for the decentralized generation of electrical energy for electromobility |
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