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Title:
CHARGING STATION FOR ELECTRIC VEHICLES
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2010/121764
Kind Code:
A2
Abstract:
The invention relates to a charging station for electric vehicles, comprising a wind generator (2) with a vertical axis, an electric energy accumulator (4) that is connected to the wind generator (2), a charging interface (3) for connecting the electric energy accumulator (4) to at least one electric vehicle, a control unit (5) and a communication unit (6), said charging station having approximately the form of a column (1), the upper region of which contains the wind generator (2). This permits an environmentally friendly decentralised generation of electric energy for driving electric vehicles.

Inventors:
HARJUNG, Hans (Uhugasse 1m, Wien, A-1210, AT)
BLOCHBERGER, Thomas (Gallmeyergasse 7-9/25, Wien, A-1190, AT)
MESCHIK, Martin (Roschegasse 9, Wien, A-1110, AT)
DELLANTONI, Nikolaus (Schönweg 7, 500 B, A-2500, AT)
Application Number:
EP2010/002372
Publication Date:
October 28, 2010
Filing Date:
April 19, 2010
Export Citation:
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Assignee:
E-MOOVE GMBH (Mariahilferstrasse 45/121, Wien, A-1060, AT)
HARJUNG, Hans (Uhugasse 1m, Wien, A-1210, AT)
BLOCHBERGER, Thomas (Gallmeyergasse 7-9/25, Wien, A-1190, AT)
MESCHIK, Martin (Roschegasse 9, Wien, A-1110, AT)
DELLANTONI, Nikolaus (Schönweg 7, 500 B, A-2500, AT)
International Classes:
F03D1/00
Domestic Patent References:
2008-01-03
2005-01-27
Foreign References:
EP1260709A12002-11-27
DE10008028A12001-09-06
DE202009006647U12009-07-23
US20060152189A12006-07-13
Attorney, Agent or Firm:
PEHAM, Alois (Siemensstr.92, Wien, A-1210, DE)
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Claims:
Patentansprüche

1) Ladestation für Elektrofahrzeuge, wobei die Ladestation zumindest einen Windgenerator mit vertikaler Achse (2), einen mit dem Windgenerator verbundenen elektrischen Energiespeicher (4), eine Ladeschnittstelle (3) zur Verbindung des elektrischen Energiespeichers (4) mit zumindest einem Elektrofahrzeug, eine Steuereinheit (5) und eine Kommunikationsein- heit (6) umfasst, .dadurch gekennzeichnet, dass die Ladestation annähernd die Form einer Säule (1) aufweist, in deren oberen Bereich der Windgenerator (2) angeordnet ist.

2) Ladestation nach Anspruch 1,. dadurch gekennzeichnet, dass der Windgenerator (2) einen Savonius-Rotor umfasst .

3) Ladestation nach einem der Ansprüche 1 oder 2,. durch gekennzeichnet, dass der Rotor des Windgenerators

(2) von Leitblechen (8) ummantelt ist.

4) Ladestation nach einem der Ansprüche 1 bis 3, .dadurch gekennzeichnet, dass die Leitbleche (8) so gestaltet sind, dass ihr Anstellwinkel in Abhängigkeit von der Windgeschwindigkeit verändert werden kann

5) Ladestation nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (5) Mittel zur Regelung des Windgenerators (2) und der Leitbleche (8) auf eine maximale Ausgangsleistung umfasst.

6) Ladestation nach einem der Ansprüche 1 bis 5,. durch gekennzeichnet, dass die Ladestation an ein Strom- netz angeschlossen ist, um als Teil eines „smart grid" zu fungieren.

7) Ladestation nach einem der Ansprüche 1 bis 6,. durch gekennzeichnet, dass die Ladestation an ein Flottenmanagementsystem für Elektrofahrzeuge angeschlossen ist.

Description:
Ladestation für Elektrofahrzeuge

Die Erfindung betrifft eine Ladestation für Elektrofahrzeuge .

Mobilität ist ein Grundbedürfnis des Menschen und wird vielfach als Synonym für Freiheit gesehen und erlebt. Steigende Treibstoffpreise und die Umweltauswirkungen zeigen die Grenzen der derzeitigen Form der Mobilität auf, die wesentlich auf dem Einsatz von Fahrzeugen mit Verbrennungsmotoren beruht. Vor diesem Hintergrund hat die Automobil- und ihre Zulieferindustrie in jüngster Vergangenheit ihre Anstrengungen zur Entwicklung kostengünstiger und umweltfreundlicher Antriebstechnolo- gien intensiviert. Eine zentrale Rolle im Wettlauf um die Mobilität von morgen nehmen elektrische Antriebsstränge ein, welche eine besonders hohe Energieeffizienz aufweisen, die etwa 3-4mal höher als bei Verbrennungsmotoren ist, und sehr niedrige bzw. bei Verwen- düng von Strom aus regenerativen Quellen keine Emissionen verursachen. Getragen wird dieser Trend von einem technologischen Quantensprung in der Speichertechnologie, den Akkumulatoren.

Der Elektromotor ist dem Verbrennungsmotor als Antriebseinheit in vielen Eigenschaften überlegen. Dazu zählen beispielsweise der hohe Wirkungsgrad von etwa 90% gegenüber etwa 25% beim Verbrennungsmotor, der einfachere Aufbau des Antriebsstrangs und die geringe- re Geräuschentwicklung.

Der bisherige Hauptnachteil von Elektrofahrzeugen, die geringere Reichweite aufgrund der nur geringen Energiedichte der als Energiespeicher verwendeten Akkumu- latoren konnte in der jüngeren Vergangenheit durch Verbesserungen an den Speichertechnologien und durch die Entwicklung von sogenannten Hybridfahrzeugen deutlich verringert werden, sodass Elektrofahrzeuge inzwischen eine ernstzunehmende Alternative zu den Fahrzeu- gen mit Verbrennungsmotoren darstellen.

Wesentlich für die Akzeptanz der Elektrofahrzeuge wird jedoch ein flächendeckendes Netz an Ladestationen, den sogenannten Elektro- oder Stromtankstellen, sein.

Darüber hinaus hängt die Umweltfreundlichkeit eines Elektrofahrzeuges von der Art und Weise ab, wie der vom Fahrzeug benötigte elektrische Strom erzeugt wird.

Wenn beispielsweise Strom in einem Kohlekraftwerk erzeugt wird, belastet die Verbrennung der Kohle die Umwelt und dies umso mehr, als der Wirkungsgrad derartiger Kraftwerke bei Berücksichtigung des Energieaufwandes für den Abbau und Transport der Kohle nur etwa 30% beträgt. Mit den weiteren Verlusten sowohl beim Transport des Stromes als auch im Elektromotor wird dabei ein Gesamtwirkungsgrad erzielt, der denjenigen des Verbrennungsmotors nicht wesentlich übersteigt.

Aus der DE 10 2007 040 923 Al wird dazu vorgeschlagen, die elektrische Energie für die Ladung von Elektro- fahrzeugen mittels Brennstoffzellen unmittelbar am Ort einer Elektrotankstelle zu erzeugen, bzw. Elektrotank- stellen dort einzurichten, wo Anschlüsse eines Erdgas- netzes und eines Nahwärmenetzes vorhanden sind.

Die DE 100 08 028 Al beschreibt ein System, bei dem ein Windpark zur Bereitstellung von Antriebsenergie für eine Vielzahl von Kraftfahrzeugen vorgesehen ist. Das System weist mindestens einen Windenergiekonverter auf, der natürliche Windenergie in elektrische Energie umwandelt. Mindestens eine Speichereinrichtung speichert die elektrische Energie in einem Speichermedium, das über ein Leitungsnetz durch eine Versorgungsein- richtung in ein Kraftfahrzeug übertragen wird.

Aus der EP 1 260 709 ist eine Ladestation bekannt, bei der ein Windgenerator im Zentrum eines Kanales vorgesehen ist. Mit dem Kanal soll die Windgeschwindigkeit und damit die Ausbeute des Windgenerators erhöht werden.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Stand der Technik weiterzubilden.

Erfindungsgemäß geschieht dies mit einer Ladestation für Elektrofahrzeuge, welche einen Windgenerator mit vertikaler Achse, einen mit dem Windgenerator verbundenen elektrischen Energiespeicher, eine Ladeschnitt- stelle zur Verbindung des elektrischen Energiespeichers mit zumindest einem Elektrofahrzeug, eine Steuereinheit und eine Kommunikationseinheit umfasst, und wobei die Ladestation annähernd die Form einer Säule aufweist, in deren oberen Bereich der Wingenera- tor angeordnet ist.

Die räumliche Kombination einer „Stromtankstelle" mit einem Windgenerator führt zu einer umweltfreundlichen Lösung.

Die erfindungsgemäße Säulenform ermöglicht auch den Einsatz in dicht besiedeltem Gebiet, wo Stromtankstellen vorwiegend benötigt werden. Dabei ist es auch besonders vorteilhaft, wenn der Windgenerator einen Sa- vonius-Rotor umfasst, da diese Rotoren eine besonders kompakte Bauweise erlauben und besonders geräuscharm arbeiten.

Besonders vorteilhaft ist auch eine Ummantelung des Rotors des Windgenerators mit Leitblechen. Damit ist unter Beibehaltung der kompakten Bauform eine Absicherung der Umgebung möglich. Wenn der Anstellwinkel der Leitbleche in Abhängigkeit von der Windgeschwindigkeit verstellt wird, kann der Wirkungsgrad der Anlage opti- miert werden.

Dazu ist es vorteilhaft, wenn die Steuereinheit Mittel zur Regelung des Windgenerators auf eine maximale Ausgangsleistung umfasst.

Günstig ist es dabei auch, wenn die Ladestation mit dem Stromnetz verbunden ist im Sinne eines „smart grids" oder intelligenten Stromnetzes. In diesem Fall kann in Zeiten erhöhter Stromproduktion durch den Windgenerator die überschüssige Energie an das Stromnetz abgegeben werden, während gegebenenfalls auch Energie aus dem Stromnetz bezogen werden kann.

Die Erfindung wird anhand von Figuren näher erläutert.

Es zeigen beispielhaft:

Fig.l ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Ladestation, Fig. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel und Fig.3 einen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Ladestation gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel.

Die erfindungsgemäße Ladestation für Elektrofahrzeuge nach Fig.l umfasst einen Windgenerator mit vertikaler Achse 2, einen mit dem Windgenerator verbundenen elek- trischen Energiespeicher 4 , eine Ladeschnittstelle 3 zur Verbindung des elektrischen Energiespeichers mit zumindest einem Elektrofahrzeug, eine Steuereinheit 5 und eine Kommunikationseinheit 6.

Sie ist nach Art einer Litfaßsäule gestaltet, und kann neben ihrer Hauptfunktion als Ladestation und der Energieerzeugung auch als Plakatsäule und Energiespeicher dienen.

Im oberen Bereich der als Säule 1 ausgebildeten Ladestation ist der Savonius-Rotor angebracht, der über eine vertikale Achse den Generator zur Erzeugung elektrischer Energie antreibt.

Damit wird eine kompakte Bauform der Ladestation ermöglicht .

Im unteren Bereich 1 der Ladestation ist eine Lade- Schnittstelle 3 zur Verbindung des elektrischen Energiespeichers 4 mit zumindest einem Elektrofahrzeug vorgesehen.

Diese Ladeschnittstelle 3 weist Mittel zur Vergebüh- rung der bezogenen elektrischen Energie wie beipiels- weise ein Chipkartenlesegerät auf.

Zum Schutz der Benutzer der Ladestation 3 vor Regen und zur Absicherung des Rotors ist die Ladestation mit einem Dach 7 zwischen dem Windgenerator 2 und dem unteren Bereich 1 der Ladestation versehen.

Der erfindungsgemäße Einsatz eines vertikalen Windgenerators 2 insbesondere der Einsatz eines Savonius-Ro- tors ist mit einer Reihe von Vorteilen verbunden: -.Einfacher Aufbau und einfache Montage; -.Hohes Drehmoment bei relativ niederer Drehzahl; -.Unabhängig von der Windrichtung, keine Windausrich- tung erforderlich;

-.Einsatz schon bei niedrigen Windgeschwindigkeiten ab (2-3 m/s) ;

-.Koppelung mehrerer Rotoren zu einer größeren Anlage möglich, sowohl im horizontalen als auch im vertikalen Verbund;

-.sturmsicher durch selbstständige Leistungsbegrenzung;

- Kaum wahrnehmbare Laufgeräusche;

- Hohe Toleranz gegen jede Turbulenz, die standortbe- dingt im Wind enthalten sein kann, und ohne spürbare

Wirkungsgradverluste bei abrupten Änderungen der An- strömungsrichtung;

- auch für böige Windverhältnisse gut geeignet;

- Im Gegensatz zu Rotoren mit horizontaler Drehachse, werden die Blattschaufeln des Savonius-Rotors auf ihrer vertikalen Drehachse von der Gravitation gleichmäßig belastet.

Der integrierte Energiespeicher 4 ermöglicht eine ef- fizientere Ausbeute bei niedrigen Windgeschwindigkeiten und dadurch eine Wirkungsgradsteigerung. Hierbei kann bereits eine langsame Drehgeschwindigkeit des Generators 2 den Energiespeicher 4 aufladen.

Bei Einbindung in ein Stromnetz kann der Energiespeicher 4 vom Betreiber des Netzes im Sinne eines „smart grids", also eines intelligenten Stromnetzes, eingesetzt werden , d.h. er kann in Zeiten eines Energieüberschusses im Netz auch aus dem Netz geladen werden und seine Energie in Spitzenlastzeiten an das Netz abgeben.

In Ergänzung zu den bereits bekannten vehicle to grid (v2g) Lösungen, bei denen die Elektrofahrzeuge als

Energiespeicher dienen, ermöglicht die Erfindung daher eine column to grid (c2g) Lösung, die den Vorteil mit sich bringt, dass die verwendeten Energiespeicher 4 Eigentum des Versorgungsunternehmens sein können und daher ohne aufwendige Rechtskonstruktionen genutzt werden können.

Der Einsatz der erfindungsgemäßen Ladestation ist also auch dort zweckmäßig, wo die reine Nutzung zur BeIa- düng von Elektrofahrzeugen wegen der zu erwartenden geringen Nutzungsfrequenz durch diese Fahrzeuge nicht zu rechtfertigen wäre. Damit werden aber die Anreize zur Errichtung derartiger Stationen deutlich erhöht.

Die „Multifunktionalität" der Ladestation erhöht also ihre Rentabilität und damit die Akzeptanz. Diese MuI- tifunktionalität der Anlage kann beispielsweise auch vorteilhaft dazu genutzt werden, dass die Ladestation in ein allgemeines Versorgungssystem integriert wird. So kann die Anlage beispielsweise mit Automaten zur Ausgabe von Lebensmitteln wie Getränken etc. ausgestattet sein.

Mittels der Steuereinheit 5 wird der Windgenerator 2 nach Art eines bei Solarzellen verwendeten Maximum

Power Point Trackers so betrieben, dass eine maximale Ausgangsleistung erzielt wird.

Zusätzlich zur Regelung der Energiegewinnung werden von der Steuereinheit 5 auch sicherheitsrelevante Auf- gaben wie z.B. das Abschalten bei überhöhten Generatorspannungen in Folge von Sturmböen oder gegebenenfalls bei einer Vereisung des Rotors, sowie die Steuerung des Zusammenwirkens mit dem Stromnetz durchge- führt.

Um den aktuellen Zustand der Energiesäule bestimmen zu können, ist eine Kommunikationseinheit 6 als Diagnoseschnittstelle von Vorteil. Hierbei können beispiels- weise mittels Datenkommunikation über das Stromnetz oder aber über Mobilfunk der aktuelle Zustand des Energiespeichers 4, des Generators 2 und der Stromtankstelle abgefragt und auch Steuer- und Verrechnungsaufgaben ausgelöst werden.

Mit einer einzelnen Steuerzentrale können somit eine Vielzahl von Ladestationen zentral gesteuert und überwacht werden, ebenso können Servicedienste und Softwareupdates zentral gesteuert erfolgen.

Die umfangreichen Kommunikationsmöglichkeiten können auch als Unterstützung eines Flottenmanagements für die geladenen Elektrofahrzeuge dienen. Damit kann die Verfügbarkeit dieser Fahrzeuge erhöht werden.

In der Ausführungsform gemäß Fig.2 ist der im oberen Bereich der Ladestation angebrachte Savonius-Rotor, der über eine vertikale Achse den Generator zur Erzeugung elektrischer Energie antreibt, von Leitblechen 8 ummantelt. Die Anordnung dieser Leitbleche 8 ist aus der Fig. 3 ersichtlich.

Durch die Anordnung der Leitbleche in geeigneter Weise wird das Anströmverhalten verbessert und dadurch die Effizienz des Savonius Rotors erhöht. Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn die Leitbleche so gestaltet sind, dass ihr Anstellwinkel in Abhängigkeit von der Windgeschwindigkeit verändert werden kann.

Damit wird eine weitere Verbesserung der Aerodynamik und eine Steigerung der Effizienz erreicht.

Weiterhin bieten die Leitbleche durch ihre Anordnung Schutz vor Spritzwasser und anderen Gefahren, die von den - beweglichen - Rotorblättern des Savonius Rotors ausgehen, wie beispielsweise bei Vereisung oder auch von Fremdkörpern, die bei aufkommendem Wind von einem beschleunigenden Rotor weggeschleudert werden könnten.

Weiterhin verdecken die Leitbleche die drehenden Teile des Rotors weitgehend und lassen diesen damit wie ein unbewegliches Gebäudeteil (Litfaßsäule) erscheinen.

Darüber hinaus können sie mit Photovoltaik Modulen zur Erzeugung von elektrischem Strom auf der Außenseite ergänzt werden können und damit die Gesamteffizienz des Systems erhöhen.

Eine energetisch optimale Anordnung von Rotor und Leitble- chen wird dann erreicht, wenn die Windenergie hinter der Anlage um etwa 50% reduziert ist.

Damit ist der Nebeneffekt verbunden, dass die Windsituation hinter der Turbine als wesentlich angenehmer empfunden wird und die erfindungsgemäße Ladestation beispielsweise in verbautem Gebiet mit kritischen Windverhältnissen (Hochhausschluchten) auch als Windschutz eingesetzt werden kann.

Dabei ist es vorteilhaft, wenn die Ladestation mit Sicher- heitseinrichtungen wie z.B. Erschütterungsmeldern und Videoüberwachung ausgestattet ist und alle Unregelmäßigkeiten über die Koitununikationseinheit automatisch an eine Überwachungszentrale gemeldet werden.

Bezugszeichenliste :

1 Säule 2 Windgenerator

3 Ladeschnittstelle

4 Energiespeicher

5 Steuereinheit

6 Kommunikationseinheit 7 Dach

8 Leitbleche




 
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