Die Erfindung betrifft eine Ladesäule, die geeignet ist, Elektrofahrzeuge aufzuladen, die eine Energiekonversionsvorrichtung, eine Aufnahme für einen Tank für flüssigen und/oder gasförmigen Kraftstoff und eine Kraftstoffleitung aufweist, wobei die Kraftstoffleitung die Energiekonversionsvorrichtung mit einem Tank verbindet und wobei die Energiekonversionsvorrichtung geeignet ist, den flüssigen und/oder gasförmigen Kraftstoff in elektrische Energie zu konvertieren.

Stand der Technik

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

Bekannt sind stationäre Systeme zur elektrischen Versorgung von stationären Ladesäulen, um die Traktionsbatterie eines Plug-In-Fahrzeuges - Hybrid- oder Elektrofahrzeug - wieder aufzuladen, wie z.B. in DE 10 2009 016 505 A1 beschrieben. Die Ladesäule selbst wird auf eine Stromschiene der Stromversorgung angeschlossen. Ein bestehendes Stromnetz weist dabei ein Anschlusselement zum Ausgeben elektrischer Energie an ein Elektrofahrzeug auf. Eine derartige Ladevorrichtung weist den Nachteil auf, dass sie nicht flexibel aufstellbar bzw. abzubauen ist. Die Kosten für den Aufbau und insbesondere den Anschluss der Ladevorrichtung an das bestehende Stromnetz sind ebenfalls sehr hoch. Falls also die Ladevorrichtung nur temporär an dem derzeitigen Ort verbleiben soll, verursacht ihre Aufstellung und ihr Abbau unnötig hohe Kosten. Flexibler einsetzbar sind Ladevorrichtungen, die derart aufgebaut sind, dass sie transportabel sind.

Die Patentschrift “DE 10 2010 043 516 A1 - Vorrichtung zur Schnellladung eines elektrischen Energiespeichers eines Fahrzeugs“ der Firma Power Innovation Stromversorgungstechnik GmbH offenbart eine Vorrichtung zum Austausch elektrischer Energie. Die Vorrichtung weist einen elektrischen Energiespeicher (Akku) auf, der über eine programmierbare Steuerung und einen DC/DC-Wandler den Energiespeicher des Fahrzeugs lädt. Der Energiespeicher der Vorrichtung selbst wird über verschiedene Gleichspannungsquellen wieder aufgeladen. Alle Komponenten (Energiespeicher, Steuerung, Wandler) sind in einer Einrichtung angeordnet; die Gleichspannungsquelle zur Aufladung des Energiespeichers extern und entfernt von der Einrichtung.

Diese Ladevorrichtung weist den Nachteil auf, dass sie so groß und schwer gestaltet ist, dass sie nur auf großen Flächen aufgebaut und betrieben werden kann, z.B. auf Parkplätzen von Einkaufszentren. Ihr Einsatz in z.B. Parkhäusern ist nicht möglich. Ebenfalls ist ein Anschluss an ein bereits bestehendes Stromnetz notwendig.

Die Gebrauchsmusterschrift “DE 202010 011 567 U1 - Mobile Stromtankstelle“ der Firma Beton- und Energietechnik Heinrich Gräper GmbH & Co. KG offenbart eine transportable Stromtankstelle, die innerhalb eines transportablen Stationsgebäudes angeordnet ist. Das Gebäude weist mehrere Räume auf und besteht aus Beton. Im Gebäude sind sowohl Brennstoffzellenmodule, Speicherbehälter für den Brennstoff (Wasserstoff, Methan, Biogas) als auch ein Wechselrichter angeordnet. Außerdem weist das Gebäude eine Photovoltaikanlage zur Eigenversorgung auf. Diese Ladevorrichtung ist ebenfalls sehr groß und schwer. Für ihren Transport wird mindestens ein Lastkraftwagen benötigt.

Die Patentschrift “DE 10 2017 207 023 B4 - Ladesystem und Verfahren zum Betreiben eines Ladesystems“ der Firma AUDI AG offenbart ein Ladesystem, das eine transportierbare Ladestation aufweist. Die Ladestation weist einen Generator auf, der mittels eines synthetischen Kraftstoffs betrieben wird. Überschüssige Energie wird in einer Zwischenspeichereinrichtung (Akku), die in der Ladestation angeordnet ist, gespeichert. Der Kraftstoff selbst wird in einer externen Kraftstoffherstellungseinrichtung hergestellt. Dabei wird mittels regenerativen Energiequellen aus dem Kohlendioxid der Atmosphäre der Kraftstoff synthetisiert.

Diese Ladevorrichtung benötigt für ihren Betrieb synthetischen Kraftstoff, der derzeit nicht oder nur in geringen Mengen zur Verfügung steht und deshalb sehr teuer ist. Ein Betrieb der Ladevorrichtung ist daher ebenfalls sehr teuer, eine Versorgung mit dem benötigten synthetischen Kraftstoff nicht garantiert.

Die Schrift „EP 1 513211 A2 - Fuel supply device for direct methanol fuel cells“ der Firma Samsung Electronics Co., Ltd. beschreibt eine methanol-betriebene Brennstoffzelle, die einen abnehmbaren und hinzufügbaren Tank für das Methanol aufweist. Durch den Tank wird der in der Brennstoffzelle befindliche Hohlraum befüllt. Diese Ladevorrichtung gibt eine derart geringe Leistung ab, dass sie für Kraftfahrzeuge nicht nutzbar ist. Die Brennstoffzelle ist im Wesentlichen zur Wiederaufladung von elektronischen Handgeld- Geräten (PDA, Notebooks, Smartphones...) konzipiert.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Ladesäule für die Aufladung von Elektrofahrzeugen zur Verfügung zu stellen, deren Kraftstoffvorrat einfacher, schneller und damit kostengünstiger sowie gleichzeitig sicherer aufgefüllt werden kann. Die Aufgabe wird mittels der Ladesäule gemäß Anspruch 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind in den nachfolgenden Unteransprüchen dargelegt.

Die erfindungsgemäße Ladesäule, die zur Aufladung von Elektrofahrzeugen geeignet ist, weist eine Energiekonversionsvorrichtung auf, die geeignet ist, flüssigen und/oder gasförmigen Kraftstoff in elektrische Energie zu konvertieren. Außerdem weist die Ladesäule eine Aufnahme für einen Tank für flüssigen und/oder gasförmigen Kraftstoff sowie eine Kraftstoffleitung auf. Erfindungsgemäß ist die Aufnahme geeignet, einen Wechseltank aufzunehmen. Die Kraftstoffleitung verbindet dabei die Energiekonversionsvorrichtung mit dem Wechseltank.

Ein Betreiber der Ladesäule ist aufgrund der Lagerung des Kraftstoffs in Wechseltanks in der Lage, die Ladesäule so schnell und sicher wieder zu befüllen, dass die Ausfallzeit der Ladesäule aufgrund fehlenden Kraftstoffs gering gehalten wird. Der entleerte Wechseltank wird extern, z.B. an einer zentralen Tankstelle, befüllt und steht für den nächsten Einsatz in einer Ladesäule bereit. Es besteht auch die Möglichkeit den Wechseltank in der Ladesäule selbst wieder zu befüllen ohne ihn aus der Ladesäule zur erneuten Befüllung bzw. Nachtankung zu entnehmen.

Eine Ladesäule im Sinne dieser Erfindung ist eine stationäre Einrichtung, die nicht dafür vorgesehen ist zwischen zwei Ladezyklen bewegt zu werden. Entsprechend soll das Gesamt- Tankvolumen einer erfindungsgemäßen Ladesäule bei 1001 oder größer liegen. Bevorzugt wird ein Tankvolumen von größer 2001, besonders bevorzugt wird ein Gesamt- Tankvolumen von größer 5001. Das Gesamt-Tankvolumen entspricht dabei der Summe der Tankvolumen der einzelnen Wechseltanks der Ladesäule. Einzelne Wechseltanks können auch in kleineren Abmessungen verwendet werden. So eigenen sich insbesondere Wechseltanks mit einem Volumen von kleinergleich 151, bevorzugt von kleinergleich 301 und besonders bevorzugt von kleinergleich 501 für den Versand mit Paketlogistikunternehmen. In einer Weiterbildung der Erfindung weist die Ladesäule eine Anschlussvorrichtung auf, die an den Wechseltank anschließbar ist. Über die Anschlussvorrichtung wird der Wechseltank derart kraftschlüssig an die Ladesäule angeschlossen, dass der Wechseltank in Position gehalten wird.

In einer weiteren Gestaltung der Erfindung ist die Anschlussvorrichtung an die Kraftstoffleitung der Ladesäule angeschlossen. Über eine Anschlussvorrichtung, die mit der Kraftstoffleitung verbunden ist ist der Wechseltank in die Ladesäule anschließbar. Die Anschlussvorrichtung weist üblicherweise ein verschlossenes Loch auf, das erst dann geöffnet wird, wenn der Wechseltank korrekt in der Aufnahme angeordnet ist. Erst dann wird Kraftstoff durch die Kraftstoffpumpe gefördert.

In einer weiteren Ausführung der Erfindung ist die Aufnahme geeignet, den Wechseltank in einer vorbestimmten Orientierung aufzunehmen. Dadurch wird einerseits das Wechseln des Wechseltanks erleichtert, gleichzeitig wird sichergestellt, dass der Wechseltank funktionsfähig mit der Kraftstoffleitung verbunden ist.

In einem weiteren Aspekt der Erfindung gibt die vorbestimmte Orientierung des aufzunehmenden Wechseltanks die Lage einer Anschlussvorrichtung des Wechseltanks zur Anschlussvorrichtung der Ladesäule vor. Dadurch wird einerseits das Wechseln des Wechseltanks erleichtert, gleichzeitig wird sichergestellt, dass der Wechseltank funktionsfähig mit der Kraftstoffleitung verbunden ist.

In einer vorteilhaften Ausbildung der Erfindung weist die Aufnahme ein Arretierungselement auf, das geeignet ist, einen Wechseltank in einer Position zu arretieren. Mittels des Arretierungselements ist der Wechseltank fest mit der Ladesäule verbunden und bleibt auch bei leichten Erschütterungen funktionsfähig. In einer Weiterbildung der Erfindung ist das Arretierungselement als Rastelement ausgebildet. Der Wechseltank wird einfach und schnell in das Rastelement eingerastet und so in Position in der Ladesäule gehalten.

In einer weiteren Gestaltung der Erfindung ist die Aufnahme verschließbar ausgebildet, um insbesondere Vandalismus und Diebstahl vorzubeugen. In einem weiteren Aspekt der Erfindung ist die Aufnahme hinter einer verschließbaren Öffnung angeordnet, um insbesondere Vandalismus und Diebstahl vorzubeugen.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführung der Erfindung weist die Ladesäule mehrere Aufnahmen auf, die geeignet sind, jeweils einen Wechseltank aufzunehmen. Die Ladesäule kann entweder mehr Kraftstoff in mehreren Wechseltanks aufnehmen, und/oder die Ausfallzeit der Ladesäule aufgrund fehlenden Kraftstoffs wird minimiert, wenn jeweils nur der entleerte Wechseltank gewechselt wird.

In einer weiteren Ausbildung der Erfindung sind die Aufnahmen gleich ausgebildet. Das bedeutet, dass auch die in den Aufnahmen angeordneten Wechseltanks gleich ausgebildet sind. Dadurch wird nur eine Formgebung des Wechseltanks benötigt, die Wechseltanks sind beliebig austauschbar.

Die Aufgabe wird ebenfalls mittels des Wechseltanks gemäß Anspruch 13 gelöst.

Der Wechseltank ist geeignet, flüssige und/oder gasförmige Kraftstoffe aufzunehmen. Erfindungsgemäß ist der Wechseltank in einer Aufnahme einer Ladesäule zur Aufladung von Elektrofahrzeugen aufnehmbar. Ein Betreiber der Ladesäule ist aufgrund der Lagerung des Kraftstoffs in Wechseltanks in der Lage, die Ladesäule so schnell und sicher wieder zu befüllen, dass die Ausfallzeit der Ladesäule aufgrund fehlenden Kraftstoffs gering gehalten wird. Der entleerte Wechseltank wird extern, z.B. an einer Tankstelle, befüllt und steht für den nächsten Einsatz in einer Ladesäule bereit. In einem weiteren Aspekt der Erfindung weist der Wechseltank einen Verschluss auf. In einerweiteren Gestaltung der Erfindung ist der Verschluss geeignet, den Wechseltank zu öffnen und zu verschließen. Eine Befüllung des Wechseltanks über den Verschluss ist so möglich. In einer weiteren Ausführung der Erfindung ist der Verschluss geeignet, den Wechseltank mehrfach zu öffnen und ebenfalls mehrfach zu verschließen. Dadurch wird ermöglicht, den Tank mehrfach zu verwenden.

In einer weiteren Ausbildung der Erfindung weist der Wechseltank ein Arretierungselement auf, das mit einer Arretierungsvorrichtung der Ladesäule koppelbar ist. Eine mehrfache Befüllung des Wechseltanks über den Verschluss ist so möglich.

Die Aufgabe wird ebenfalls mittels des Ladesäulensystems gemäß Anspruch 18 gelöst.

Das Ladesäulensystem umfasst eine Ladesäule und einen Wechseltank, sowie eine Energiekonversionsvorrichtung, die geeignet ist, flüssigen und/oder gasförmigen Kraftstoff in elektrische Energie zu konvertieren. Ein Betreiber der Ladesäule ist aufgrund der Lagerung des Kraftstoffs in Wechseltanks in der Lage, die Ladesäule so schnell und sicher wieder zu befüllen, dass die Ausfallzeit der Ladesäule aufgrund fehlenden Kraftstoffs gering gehalten wird. Der entleerte Wechseltank wird extern, z.B. an einer Tankstelle, befüllt und steht für den nächsten Einsatz in einer Ladesäule bereit.

Die Aufgabe wird ebenfalls mittels des Verfahrens zur Betankung einer Ladesäule, aufweisend eine Energiekonversionsvorrichtung gemäß Anspruch 20, gelöst.

Das Verfahren zur Betankung einer Ladesäule mit einer Energiekonversionsvorrichtung, die geeignet ist, einen flüssigen und/oder gasförmigen Kraftstoff in elektrische Energie zu konvertieren, weist die Verfahrensschritte Einführen eines befüllten Wechseltanks in eine Aufnahme der Ladesäule sowie Anschluss des befüllten Wechseltanks an eine Kraftstoffleitung der Ladesäule auf, wobei die Kraftstoffleitung mit der Energiekonversionsvorrichtung verbunden ist. Ein Betreiber der Ladesäule ist aufgrund der Lagerung des Kraftstoffs in Wechseltanks in der Lage, die Ladesäule so schnell und sicher wieder zu befüllen, dass die Ausfallzeit der Ladesäule aufgrund fehlenden Kraftstoffs gering gehalten wird. Der entleerte Wechseltank wird extern, z.B. an einer Tankstelle, befüllt und steht für den nächsten Einsatz in einer Ladesäule bereit.

In einer weiteren Gestaltung der Erfindung wird ein erster Wechseltank aus einer Aufnahme in der Ladesäule entnommen. Der erste Wechseltank ist üblicherweise geleert oder weist derartige Fehler auf, dass der in ihm befindliche Kraftstoff nicht von der Ladesäule verwendet werden kann. Der erste Wechseltank kann dann extern der Ladesäule wieder mit Kraftstoff befüllt bzw. repariert werden.

In einem weiteren Aspekt der Erfindung wird der erste Wechseltank aus einer Arretierung in der Aufnahme der Ladesäule gelöst. Die Arretierung befestigt und stabilisiert den Wechseltank in der Ladesäule. Der Wechseltank muss daher vor Entnahme aus der Arretierung gelöst werden. In einer Weiterbildung der Erfindung wird der befüllte Wechseltank in der Aufnahme in der Ladesäule arretiert. Die Arretierung befestigt und stabilisiert den Wechseltank in der Ladesäule.

In einer weiteren Ausbildung der Erfindung wird der erste Wechseltank von einer Anschlussvorrichtung in der Aufnahme der Ladesäule gelöst. Über die Anschlussvorrichtung ist der Wechseltank mit der Kraftstoffleitung verbunden. Beim Lösen des Wechseltanks wird die Kraftstoffleitung verschlossen, um das Eindringen von Schmutz zu verhindern.

In einer weiteren Ausführung der Erfindung wird der befüllte Wechseltank an eine Anschlussvorrichtung in der Aufnahme der Ladesäule angeschlossen. Die Anschlussvorrichtung weist üblicherweise ein verschlossenes Loch auf, das erst dann geöffnet wird, wenn der Wechseltank korrekt in der Aufnahme angeordnet ist. Erst dann wird Kraftstoff durch die Kraftstoffpumpe gefördert.

In einer weiteren Variante der Erfindung wird die verschließbare Öffnung vor der Entnahme des ersten Wechseltanks entriegelt und/oder geöffnet wird und/oder die verschließbare Öffnung nach der Einführung des befüllten Wechseltanks in die Aufnahme geschlossen und/oder verriegelt. Die Öffnung dient insbesondere dazu, Vandalismus und Diebstahl vorzubeugen.

Die Aufgabe wird weiterhin durch eine Tankanlage gemäß Anspruch 26 gelöst.

Die Tankanlage ist dazu vorgesehen und geeignet an eine oder mehrere Ladesäulen mit jeweils einer Energiekonversionsvorrichtung angeschlossen zu werden. Die Tankanlage weist hierzu ein Gehäuse und eine Anschlussvorrichtung auf, die geeignet die Ladesäule mit der Tankanlage zum Zwecke der Kraftstoffversorgung zu verbinden. Weiterhin weist die Tankanlage eine Aufnahme auf, die geeignet ist einen Wechseltank aufzunehmen. Eine solche Tankanlage kann vorteilhafterweise auch an mehrere Ladesäulen angeschlossen werden. So können kleine kompakt gebaute Ladesäulen betrieben werden, die trotz dessen auf die Vorteile der Verwendung von austauschbaren Wechseltanks zurückgreifen können. Auch die Aufnahmen in der Tankanlage können in ihren verschiedenen Ausführungen die gleichen Merkmale aufweisen, die oben für die Aufnahmen in der Ladesäule beschrieben sind.

Im Folgenden wird eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1: Eine Schnittzeichnung eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen

Ladesäule mit Brennstoffzelle Fig. 2: Eine Schnittzeichnung eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen

Ladesäule mit Verbrennungsmotor

Fig. 3: Eine Schnittzeichnung eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen

Ladesäule mit Brennstoffzelle und Arretierungsvorrichtung als Clipelement ausgeführt.

Fig. 4: Eine Schnittzeichnung eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen

Ladesäule mit vier Wechseltanks

Fig. 5: Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Ladesäule bei geschlossener verschließbarer Öffnung

Fig. 6: Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Ladesäule mit vier

Wechseltanks bei geöffneter verschließbarer Öffnung

Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Ladesäule, die mittels einer Brennstoffzelle 7.1 Strom zum Laden eines Kraftfahrzeugs erzeugt. Die Ladesäule 1 weist eine Brennstoffzelle 7.1 auf, die innerhalb der ersten Vorrichtung zur Energiekonversion 3 verbaut ist. Die Brennstoffzelle 7.1 ist üblicherweise eine Direct Methanol Fuel Cell (DMFC), die mittels Methanol betrieben wird. Möglich sind aber auch andere Ausführungen der Brennstoffzelle 7.1, die z.B. mittels Ethanol oder Wasserstoff betrieben werden. Alle diese Kraftstoffarten können aus Biomasse bzw. aus Erdgas umweltverträglich hergestellt werden, sind weltweit als Kraftstoffe seit Langem etabliert und stehen somit preiswert zur Verfügung.

Weiterhin ist in der Ladesäule 1 ein elektrischer Energiespeicher (wiederaufladbarer Akku) 9 sowie eine Vorrichtung zur Beförderung des flüssigen Energieträgers 11 verbaut. Der Energiespeicher 9 versorgt die Steuereinheit 5, mittels der die Ladesäule 1 den Beginn eines bzw. die Beendigung eines Ladevorgangs erkennt und initiiert. Außerdem kann ein Benutzer mittels der Steuereinheit 5 den Ladevorgang bezahlen. Dabei sind verschiedene Bezahlsysteme möglich, z.B. über verschiedene Kreditkarten oder über ein mobiles Endgerät, z.B. ein Smartphone. Die Lagerung des Kraftstoffs in der erfindungsgemäßen Ladesäule 1 erfolgt in einem Tank 6. Der Tank 6 ist vorteilhafterweise als Wechseltank ausgebildet, der als ganzes Bauteil bei Bedarf gewechselt werden kann. Die Aufnahme 14, die den Wechseltank 6 aufnimmt, ist derart ausgebildet, dass der Wechseltank 6 nur in einer Lage in die Ladesäule 1 eingebaut werden kann.

Die erste und die zweite Vorrichtung zur Energiekonversion 3, 4 mit Brennstoffzelle 7.1 und Stromrichter 8.1, Wechseltank 6, Energiespeicher 9, der Kraftstoffpumpe 11, Steuereinheit 5 sowie die elektrischen Anschlüsse 10 sind alle vorteilhafterweise in einer Einhausung 2 verbaut. Die Einhausung 2 weist üblicherweise mindestens eine wiederverschließbare Öffnung 19 auf, mittels der der Wechseltank 6 zugänglich ist.

Über eine Anschlussvorrichtung 13, die mit der Kraftstoffleitung 12 verbunden ist, ist der Wechseltank 6 in die Ladesäule 1 anschließbar. Die Anschlussvorrichtung 13 weist üblicherweise ein verschlossenes Loch auf, das erst dann geöffnet wird, wenn der Wechseltank 6 korrekt in der Aufnahme angeordnet ist. Erst dann wird Kraftstoff durch die Kraftstoffpumpe 11 gefördert. Über die Anschlussvorrichtung 13 kann ein entleerter Wechseltank 6 auch wieder mit Kraftstoff befüllt werden.

Die Anschlussvorrichtung 13 ist üblicherweise derart in der Ladesäule 1 angeordnet, dass der Wechseltank 6 mit seinem tiefsten Bereich angeschlossen werden kann. Damit wird gewährleistet, dass der weitaus überwiegende Teil des im Wechseltank 6 befindlichen Kraftstoffs genutzt wird. Ein Orientierungselement 18 sorgt dafür, dass der Wechseltank 6 nur in einer Orientierung in die Aufnahme einbaubar ist. Die Anschlussvorrichtung des Wechseltanks 6 ist dann korrekt mit der Anschlussvorrichtung 13 und der Kraftstoffleitung 12 der Ladesäule 1 verbunden.

Zur Betankung der Ladesäule 1 wird zuerst die wiederverschließbare Öffnung 19 entriegelt, geöffnet und die Anschlussvorrichtung 13 geschlossen. Danach wird ein entleerter Wechseltank 6 von der Anschlussvorrichtung 13 gelöst und damit von der Kraftstoffleitung 12 getrennt. Dann wird das Arretierungselement 16 von der Arretierungsvorrichtung 17 gelöst und der entleerte Wechseltank 6 aus der Aufnahme 14 entnommen. Im nächsten Schritt wird ein befüllter Wechseltank 6 in die Aufnahme 14 eingeführt, das Arretierungselement 16 in die Arretierungsvorrichtung 17 arretiert und mit der Anschlussvorrichtung 13 verbunden. Der Wechseltank 6 ist jetzt mit der Kraftstoffleitung 12 verbunden. Im letzten Schritt wird die wiederverschließbare Öffnung 19 geschlossen und verriegelt. Die Ladesäule 1 ist wieder betriebsbereit.

Ein Betreiber der Ladesäule 1 ist aufgrund der Lagerung des Kraftstoffs in Wechseltanks 6 in der Lage, die Ladesäule 1 so schnell und sicher wieder zu befüllen, dass die Ausfallzeit der Ladesäulel aufgrund fehlenden Kraftstoffs gering gehalten wird. Der entleerte Wechseltank 6 wird extern, z.B. an einer Tankstelle, befüllt und steht für den nächsten Einsatz in einer Ladesäule bereit.

Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Ladesäule, die mittels eines Verbrennungsmotors Strom zum Laden eines Kraftfahrzeugs erzeugt, zeigt Fig. 2. Die Ladevorrichtung 1 weist eine erste Vorrichtung zur Energiekonversion 3 auf, die einen Verbrennungsmotor 7.2 mit Anlasser aufweist. Der Verbrennungsmotor 7.2 ist üblicherweise ein Kolben-Verbrennungsmotor, der z.B. nach dem Otto-Prinzip (4-Takt) fremdgezündet wird. Möglich sind aber auch andere Bauformen wie z.B. Wankelmotor oder Turbine.

Betrieben wird der Verbrennungsmotor 7.2 vorteilhafterweise vorzugsweise mit einem flüssigen Energieträger (Kraftstoff), z.B. herkömmlicher Otto-Kraftstoff oder ein Kraftstoff- Ethanol-Methanol-Gemisch. Der Verbrennungsmotor 7.2 treibt die zweite Vorrichtung zur Energiekonversion 8.2, die einen Generator 8.2 aufweist, durch Rotation an. Die durch den Verbrennungsmotor 7.2 erzeugte kinetische Energie wird also durch den Generator 8.2 in elektrische Energie umgewandelt, in einen Wechselstrom. Weiterhin ist in der Ladesäule 1 ein elektrischer Energiespeicher (wiederaufladbarer Akku) 9 sowie eine Vorrichtung zur Beförderung des flüssigen Energieträgers 11 verbaut. Der Energiespeicher 9 versorgt die Steuereinheit 5, mittels der die Ladesäule 1 den Beginn eines bzw. die Beendigung eines Ladevorgangs erkennt und initiiert.

Die Lagerung des Kraftstoffs in der erfindungsgemäßen Ladesäule 1 erfolgt in dem Wechseltank 6, der als ganzes Bauteil bei Bedarf gewechselt werden kann. Die Aufnahme 14, die den Wechseltank 6 aufnimmt, ist derart ausgebildet, dass der Wechseltank 6 nur in einer Lage in die Ladesäule 1 eingebaut werden kann. Der Wechseltank 6 weist in diesem Ausführungsbeispiel einen Verschluss 15 an der Oberseite des Wechseltanks 6 auf, mit dem der Wechseltank 6 mehrfach geöffnet und wieder geschlossen werden kann. Über den Verschluss 15 kann ein entleerter Wechseltank 6 wieder befüllt werden.

Die erste und die zweite Vorrichtung zur Energiekonversion 3, 4 mit Verbrennungsmotor 7.2 und Generator 8.2, Wechseltank 6, Energiespeicher 9, der Kraftstoffpumpe 11, Steuereinheit 5 sowie die elektrischen Anschlüsse 10 sind alle vorteilhafterweise in einer Einhausung 2 verbaut. Die Einhausung 2 weist üblicherweise mindestens eine wiederverschließbare Öffnung 19 auf, mittels der der Wechseltank 6 zugänglich ist.

Über eine Anschlussvorrichtung 13, die mit der Kraftstoffleitung 12 verbunden ist, ist der Wechseltank 6 in die Ladesäule 1 anschließbar. Die Anschlussvorrichtung 13 ist üblicherweise derart in der Ladesäule 1 angeordnet, dass der Wechseltank 6 mit seinem tiefsten Bereich angeschlossen werden kann. Damit wird gewährleistet, dass der weitaus überwiegende Teil des im Wechseltank 6 befindlichen Kraftstoffs genutzt wird. Ein Orientierungselement 18 sorgt dafür, dass der Wechseltank 6 nur in einer Orientierung in die Aufnahme einbaubar ist. Die Anschlussvorrichtung des Wechseltanks 6 ist dann korrekt mit der Anschlussvorrichtung 13 und der Kraftstoffleitung 12 der Ladesäule 1 verbunden. Zur Betankung der Ladesäule 1 wird zuerst die wiederverschließbare Öffnung 19 entriegelt, geöffnet und die Anschlussvorrichtung 13 geschlossen. Danach wird ein entleerter Wechseltank 6 von der Anschlussvorrichtung 13 gelöst und damit von der Kraftstoffleitung 12 getrennt. Dann wird das Arretierungselement 16 von der Arretierungsvorrichtung 17 gelöst und der entleerte Wechseltank 6 aus der Aufnahme 14 entnommen. Im nächsten Schritt wird ein befüllter Wechseltank 6 in die Aufnahme 14 eingeführt, das Arretierungselement 16 in die Arretierungsvorrichtung 17 arretiert und mit der Anschlussvorrichtung 13 verbunden. Der Wechseltank 6 ist jetzt mit der Kraftstoffleitung 12 verbunden. Im letzten Schritt wird die wiederverschließbare Öffnung 19 geschlossen und verriegelt. Die Ladesäule 1 ist wieder betriebsbereit.

Fig. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Ladesäule, die eine Arretierungsvorrichtung 17 für den Wechseltank 6 aufweist.

Die Ladesäule 1 weist eine Brennstoffzelle 7.1 auf, die innerhalb der ersten Vorrichtung zur Energiekonversion 3 verbaut ist. Die Brennstoffzelle 7.1 ist üblicherweise eine Direct Methanol Fuel Cell (DMFC), die mittels Methanol betrieben wird. Möglich sind aber auch andere Ausführungen der Brennstoffzelle 7.1, die z.B. mittels Ethanol oder Wasserstoff betrieben werden.

Weiterhin ist in der Ladesäule 1 ein elektrischer Energiespeicher (wiederaufladbarer Akku) 9 sowie eine Vorrichtung zur Beförderung des flüssigen Energieträgers 11 verbaut. Der Energiespeicher 9 versorgt die Steuereinheit 5, mittels der die Ladesäule 1 den Beginn eines bzw. die Beendigung eines Ladevorgangs erkennt und initiiert.

Die Lagerung des Kraftstoffs in der erfindungsgemäßen Ladesäule 1 erfolgt in dem Wechseltank 6, der als ganzes Bauteil bei Bedarf gewechselt werden kann. Die Aufnahme 14, die den Wechseltank 6 aufnimmt, ist derart ausgebildet, dass der Wechseltank 6 nur in einer Lage in die Ladesäule 1 eingebaut werden kann. Der Wechseltank 6 weist in diesem Ausführungsbeispiel ein Arretierungselement 16 auf, das in eine korrespondierende Arretierungsvorrichtung 17 eingeführt ist. Vorteilhafterweise ist die Arretierungsvorrichtung 17 ein Rastelement, in das das Arretierungselement 16 eingerastet wird. Mittels des Arretierungselements 16 und der Arretierungsvorrichtung 17 ist der Wechseltank 6 fest mit der Ladesäule 1 verbunden und bleibt auch bei leichten Erschütterungen funktionsfähig.

Über eine Anschlussvorrichtung 13, die mit der Kraftstoffleitung 12 verbunden ist, ist der Wechseltank 6 in die Ladesäule 1 anschließbar. Die Anschlussvorrichtung 13 ist üblicherweise derart in der Ladesäule 1 angeordnet, dass der Wechseltank 6 mit seinem tiefsten Bereich angeschlossen werden kann. Damit wird gewährleistet, dass der weitaus überwiegende Teil des im Wechseltank 6 befindlichen Kraftstoffs genutzt wird. Ein Orientierungselement 18 sorgt dafür, dass der Wechseltank 6 nur in einer Orientierung in die Aufnahme einbaubar ist. Die Anschlussvorrichtung des Wechseltanks 6 ist dann korrekt mit der Anschlussvorrichtung 13 und der Kraftstoffleitung 12 der Ladesäule 1 verbunden.

Die erste und die zweite Vorrichtung zur Energiekonversion 3, 4 mit Verbrennungsmotor 7.2 und Generator 8.2, Wechseltank 6, Energiespeicher 9, der Kraftstoffpumpe 11, Steuereinheit 5 sowie die elektrischen Anschlüsse 10 sind alle vorteilhafterweise in einer Einhausung 2 verbaut. Die Einhausung 2 weist üblicherweise mindestens eine wiederverschließbare Öffnung 19 auf, mittels der der Wechseltank 6 zugänglich ist.

Zur Betankung der Ladesäule 1 wird zuerst die wiederverschließbare Öffnung 19 entriegelt, geöffnet und die Anschlussvorrichtung 13 geschlossen. Danach wird ein entleerter Wechseltank 6 von der Anschlussvorrichtung 13 gelöst und damit von der Kraftstoffleitung 12 getrennt. Dann wird das Arretierungselement 16 von der Arretierungsvorrichtung 17 gelöst und der entleerte Wechseltank 6 aus der Aufnahme 14 entnommen. Im nächsten Schritt wird ein befüllter Wechseltank 6 in die Aufnahme 14 eingeführt, das Arretierungselement 16 in die Arretierungsvorrichtung 17 arretiert und mit der Anschlussvorrichtung 13 verbunden. Der Wechseltank 6 ist jetzt mit der Kraftstoffleitung 12 verbunden. Im letzten Schritt wird die wiederverschließbare Öffnung 19 geschlossen und verriegelt. Die Ladesäule 1 ist wieder betriebsbereit.

Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Ladesäule 1 mit mehreren Wechseltanks 6 zeigt Fig. 4. Die Ladesäule weist vier Wechseltanks 6 auf, die in einer 2x2-Matrix in jeweils einer Aufnahme 14 angeordnet sind. Die Größe eines Wechseltanks 6 entspricht in diesem Ausführungsbeispiel der Größe eines Wechseltanks 6 in den vorherigen Ausführungsbeispielen, vorteilhafterweise sind die Wechseltanks 6 also standardisiert ausgebildet. Dadurch wird einem Betreiber mehrerer Ladesäulen 1 der Austausch der Wechseltanks 6 erleichtert, denn er muss nur eine Art von Wechseltanks 6 vorrätig halten und befüllen. Die vier Aufnahmen 14 sind dementsprechend ebenfalls gleich ausgeführt. Jeder Wechseltank 6 ist über die Anschlussvorrichtung 13 mit der Kraftstoffleitung 12 verbunden.

Die Ladesäule 1 weist eine Brennstoffzelle 7.1 auf, die innerhalb der ersten Vorrichtung zur Energiekonversion 3 verbaut ist. Die Brennstoffzelle 7.1 ist üblicherweise eine Direct Methanol Fuel Cell (DMFC), die mittels Methanol betrieben wird. Möglich sind aber auch andere Ausführungen der Brennstoffzelle 7.1, die z.B. mittels Ethanol oder Wasserstoff betrieben werden. Alle diese Kraftstoffarten können aus Biomasse bzw. aus Erdgas umweltverträglich hergestellt werden, sind weltweit als Kraftstoffe seit Langem etabliert und stehen somit preiswert zur Verfügung.

Weiterhin ist in der Ladesäule 1 ein elektrischer Energiespeicher (wiederaufladbarer Akku) 9 sowie eine Vorrichtung zur Beförderung des flüssigen Energieträgers 11 verbaut. Der Energiespeicher 9 versorgt die Steuereinheit 5, mittels der die Ladesäule 1 den Beginn eines bzw. die Beendigung eines Ladevorgangs erkennt und initiiert. Außerdem kann ein Benutzer mittels der Steuereinheit 5 den Ladevorgang bezahlen. Dabei sind verschiedene Bezahlsysteme möglich, z.B. über verschiedene Kreditkarten oder über ein mobiles Endgerät, z.B. ein Smartphone. Die erste und die zweite Vorrichtung zur Energiekonversion 3, 4 mit Brennstoffzelle 7.1 und Stromrichter 8.1, Wechseltank 6, Energiespeicher 9, der Kraftstoffpumpe 11, Steuereinheit 5 sowie die elektrischen Anschlüsse 10 sind alle vorteilhafterweise in einer Einhausung 2 verbaut. Die Einhausung 2 weist üblicherweise mindestens eine wiederverschließbare Öffnung 19 auf.

Zur Betankung der Ladesäule 1 wird zuerst die wiederverschließbare Öffnung 19 entriegelt, geöffnet und die Anschlussvorrichtung 13 geschlossen. Danach wird ein entleerter Wechseltank 6 von der Anschlussvorrichtung 13 gelöst und damit von der Kraftstoffleitung 12 getrennt. Dann wird das Arretierungselement 16 von der Arretierungsvorrichtung 17 gelöst und der entleerte Wechseltank 6 aus der Aufnahme 14 entnommen. Im nächsten Schritt wird ein befüllter Wechseltank 6 in die Aufnahme 14 eingeführt, das Arretierungselement 16 in die Arretierungsvorrichtung 17 arretiert und mit der Anschlussvorrichtung 13 verbunden. Der Wechseltank 6 ist jetzt mit der Kraftstoffleitung 12 verbunden. Im letzten Schritt wird die wiederverschließbare Öffnung 19 geschlossen und verriegelt. Die Ladesäule 1 ist wieder betriebsbereit.

Fig. 5 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Ladesäule 1, wie sie sich in geschlossenem Zustand von außen gesehen darstellt. Die Ladesäule 1 weist die Einhausung 2 und eine Anzeige 10 auf, an der die für einen Nutzer wichtigen Daten wie zum Beispiel Ladestrom, Ladedauer und Kosten des Ladevorgangs angezeigt werden. Die Anzeige 20 ist mit der Steuereinheit 5 und dem Energiespeicher 9 elektrisch verbunden. Weiterhin weist die Ladesäule 1 ein Bedienterminal 21 auf, über die ein Nutzer den Ladevorgang einleiten bzw. beenden kann. Der Ladevorgang wird über das Bezahlterminal 22 bezahlt. Dabei sind verschiedene Bezahlsysteme möglich, z.B. über verschiedene Kreditkarten, die über das Einleseterminal 22 eingelesen werden. Andere Bezahlsysteme sind ebenfalls möglich, z.B. über ein mobiles Endgerät, z.B. ein Smartphone. Im oberen Bereich der Ladesäule 1 sind außerdem zwei elektrische Anschlüsse (Ladekabel) 10 angeordnet, die mit jeweils einem zu ladenden Elektrofahrzeug verbunden werden können. Im unteren Bereich der Ladesäule 1 ist die verschließbare Öffnung 19 angeordnet, die mittels einer Verriegelungsvorrichtung 23 ent- bzw. verriegelt werden kann. Die Öffnung 19 ist üblicherweise als Tür ausgebildet, die mittels Scharnieren an einer Seite der Ladesäule 1 angeschlagen ist. Die Verriegelungsvorrichtung 23 kann z.B. mittels eines Schlüssels, mittels einer Fernfreigabe über eine Authentifizierung und/oder durch Eingabe eines Codes bedient werden, um die Gefahr von Vandalismus zu verringern.

Zur Betankung der Ladesäule 1 wird zuerst die wiederverschließbare Öffnung 19 entriegelt, geöffnet und die Anschlussvorrichtung 13 geschlossen. Danach wird ein entleerter Wechseltank 6 von der Anschlussvorrichtung 13 gelöst und damit von der Kraftstoffleitung 12 getrennt. Dann wird das Arretierungselement 16 von der Arretierungsvorrichtung 17 gelöst und der entleerte Wechseltank 6 aus der Aufnahme 14 entnommen. Im nächsten Schritt wird ein befüllter Wechseltank 6 in die Aufnahme 14 eingeführt, das Arretierungselement 16 in die Arretierungsvorrichtung 17 arretiert und mit der Anschlussvorrichtung 13 verbunden. Der Wechseltank 6 ist jetzt mit der Kraftstoffleitung 12 verbunden. Im letzten Schritt wird die wiederverschließbare Öffnung 19 geschlossen und verriegelt. Die Ladesäule 1 ist wieder betriebsbereit.

Ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Ladesäule 1 in geöffnetem Zustand von außen gesehen zeigt Fig. 6. Die Ladesäule weist in diesem Ausführungsbeispiel vier Wechseltanks 6 auf, die in einer 2x2-Matrix in jeweils einer Aufnahme 14 angeordnet sind. Jeder Wechseltank 6 ist über die Anschlussvorrichtung 13 mit der Kraftstoffleitung 12 verbunden.

Die Ladesäule 1 weist die Einhausung 2 und eine Anzeige 10 auf, an der die für einen Nutzer wichtigen Daten wie zum Beispiel Ladestrom, Ladedauer und Kosten des Ladevorgangs angezeigt werden. Die Anzeige 20 ist mit der Steuereinheit 5 und dem Energiespeicher 9 elektrisch verbunden. Weiterhin weist die Ladesäule 1 ein Bedienterminal 21 auf, über die ein Nutzer den Ladevorgang einleiten bzw. beenden kann. Der Ladevorgang wird über das Bezahlterminal 22 bezahlt. Dabei sind verschiedene Bezahlsysteme möglich, z.B. über verschiedene Kreditkarten, die über das Einleseterminal 22 eingelesen werden. Andere Bezahlsysteme sind ebenfalls möglich, z.B. über ein mobiles Endgerät, z.B. ein Smartphone. Im oberen Bereich der Ladesäule 1 sind außerdem zwei elektrische Anschlüsse (Ladekabel) 10 angeordnet, die mit jeweils einem zu ladenden Elektrofahrzeug verbunden werden können. Im unteren Bereich der Ladesäule 1 ist die verschließbare Öffnung 19 angeordnet, die mittels einer Verriegelungsvorrichtung 23 ent- bzw. verriegelt werden kann. Die Öffnung 19 ist üblicherweise als Tür ausgebildet, die mittels Scharnieren an einer Seite der Ladesäule 1 angeschlagen ist. Die Verriegelungsvorrichtung 23 kann z.B. mittels eines Schlüssels und/oder durch Eingabe eines Codes bedient werden, um die Gefahr von Vandalismus zu verringern.

Zur Betankung der Ladesäule 1 wird zuerst die wiederverschließbare Öffnung 19 entriegelt, geöffnet und die Anschlussvorrichtung 13 geschlossen. Danach wird ein entleerter Wechseltank 6 von der Anschlussvorrichtung 13 gelöst und damit von der Kraftstoffleitung 12 getrennt. Dann wird das Arretierungselement 16 von der Arretierungsvorrichtung 17 gelöst und der entleerte Wechseltank 6 aus der Aufnahme 14 entnommen. Im nächsten Schritt wird ein befüllter Wechseltank 6 in die Aufnahme 14 eingeführt, das Arretierungselement 16 in die Arretierungsvorrichtung 17 arretiert und mit der Anschlussvorrichtung 13 verbunden. Der Wechseltank 6 ist jetzt mit der Kraftstoffleitung 12 verbunden. Im letzten Schritt wird die wiederverschließbare Öffnung 19 geschlossen und verriegelt. Die Ladesäule 1 ist wieder betriebsbereit.

BEZUGSZEICHENLISTE

Ladesäule

Einhausung

1. Vorrichtung zur Energiekonversion

2. Vorrichtung zur Energiekonversion Steuereinheit

Tank

Brennstoffzelle/Verbrennungsmotor Stromrichter/Generator Energiespeicher Elektrischer Anschluss

Vorrichtung zur Beförderung des flüssigen Energieträgers

Kraftstoffleitung

Anschlussvorrichtung

Aufnahme

Verschluss

Arretierungselement

Arretierungsvorrichtung

Orientierungselement

Verschließbare Öffnung

Anzeige

Bedienterminal

Einlese-/Bezahlterminal Verriegelungsvorrichtung für die verschließbare Öffnung Zuführen eines flüssigen Energieträgers in den Tank Transport von einem flüssigen Energieträger vom Tank zur ersten Vorrichtung zur Energiekonversion Konvertierung des flüssigen Energieträgers in eine kinetische oder elektrische Energie Konvertierung der kinetischen oder elektrischen Energie in einen Gleichstrom Laden eines Elektrofahrzeugs