Die Erfindung betrifft eine Ladesäule für die Aufladung von Elektrofahrzeugen, die eine Einhausung, eine erste Vorrichtung zur Energiekonversion, eine zweite Vorrichtung zur Energiekonversion, eine Steuereinheit und einen Tank für einen flüssigen Energieträger aufweist, wobei beide Einheiten zur Energiekonversion, der Tank, und die Steuereinheit in der Einhausung angeordnet sind. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Erzeugung eines Ladestroms für die Aufladung von Elektrofahrzeugen mit den Verfahrensschritten Zuführen eines flüssigen Energieträgers von einem in einer Einhausung einer Ladesäule angeordneten Tank zu einer ersten Vorrichtung zur Energiekonversion, wobei die erste Vorrichtung zur Energiekonversion ebenfalls in der Einhausung angeordnet ist, Konvertierung des flüssigen Energieträgers in eine kinetische oder eine elektrische Energie in der ersten Vorrichtung zur Energiekonversion, Konvertierung der kinetischen oder der elektrischen Energie in einen Strom in einer zweiten Vorrichtung zur Energiekonversion, wobei die zweite Vorrichtung zur Energiekonversion in der Einhausung angeordnet ist und Abgabe des Stroms an ein Elektrofahrzeug.

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 AC/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 20 2010 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 regenerativer 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.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Ladevorrichtung für Kraftfahrzeuge zur Verfügung zu stellen, die derart kompakt und leicht gestaltet ist, dass sie nahezu überall aufgebaut, betrieben und bei Bedarf einfach und schnell wieder abgebaut werden kann.

Es ist ebenfalls die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Ladevorrichtung für Kraftfahrzeuge zur Verfügung zu stellen, die derart kompakt aufgebaut ist, dass sie in Herstellung, Installation und Betrieb kostengünstiger als bisher bekannte Ladevorrichtungen ist, und die autark arbeitet.

Die genannte Aufgabe wird mittels der Ladesäule gemäß Anspruch 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Gestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen dargelegt.

Die erfindungsgemäße Ladesäule für die Aufladung von Elektrofahrzeugen weist eine erste Vorrichtung zur Energiekonversion sowie eine zweite Vorrichtung zur Energiekonversion auf. Zusätzlich weist die Ladesäule einen Tank für einen flüssigen Energieträger und eine Steuereinheit auf. Erfindungsgemäß sind beide Vorrichtungen zur Energiekonversion, der Tank und die Steuereinheit vorteilhafterweise in einer Einhausung verbaut.

Die Dimensionen der Ladesäule sind sehr kompakt und diese kann als ganzes Bauteil transportiert, aufgestellt, betrieben und wieder abgebaut werden. Insbesondere für den ländlichen Bereich bietet die erfindungsgemäße Ladesäule Vorteile gegenüber herkömmlichen Ladesäulen, die an ein bestehendes Stromnetz angeschlossen werden müssen: Die Kosten der Ladesäule und damit die Investitionen für Installation und Betrieb sind niedrig. Falls die Ladesäule an dem gewählten Standort nicht rentabel betrieben werden kann, ist sie wieder leicht abzubauen. Auch im Falle von baulichen Maßnahmen in unmittelbarer Umgebung der Ladesäule ist diese schnell zu entfernen und an einer anderen, geeigneteren Stelle wieder aufbaubar.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführung der Erfindung ist die erste Vorrichtung zur Energiekonversion geeignet, einen flüssigen Energieträger in elektrische und/oder kinetische Energie zu konvertieren. Ein Verbrennungsmotor treibt die zweite Vorrichtung zur Energiekonversion durch Rotation an. Die durch den Verbrennungsmotor erzeugte kinetische Energie wird also durch die zweite Vorrichtung zur Energiekonversion in elektrische Energie umgewandelt. Bei Verwendung einer Brennstoffzelle als erste Vorrichtung erzeugt die Brennstoffzelle ohne Umwege elektrische Energie.

In einer weiteren Gestaltung der Erfindung ist der flüssige Energieträger Methanol, Ethanol oder Wasserstoff. Beide Kraftstoffarten können aus Biomasse umweltverträglich hergestellt werden, sind weltweit als Kraftstoffe seit Langem etabliert und stehen somit preiswert zur Verfügung. Ihr Transport und ihre Lagerung sowie ihr Betrieb sind vergleichbar mit herkömmlichem Benzin und damit unproblematisch.

In einer besonders vorteilhaften Ausbildung der Erfindung sind die erste und die zweite Vorrichtung zur Energiekonversion eine Brennstoffzelle mit einem Stromrichter oder ein Verbrennungsmotor mit einem Generator. Der Verbrennungsmotor ist üblicherweise ein Kolben-Verbrennungsmotor, möglich sind aber auch andere Bauformen. Der Generator erzeugt durch Rotation elektrische Energie als Strom. Ein Stromrichter wandelt gegebenenfalls den vom Generator erzeugten Strom in einen Gleichstrom um und passt die Spannung des Gleichstromes an. Eine Brennstoffzelle erzeugt ohne Umwege elektrische Energie in Form eines Stroms, ein Stromrichter und/oder Stromwandler wandelt gegebenenfalls den erzeugten Strom in einen Gleichstrom mit einer Mindestspannung um.

In einem weiteren Aspekt der Erfindung weist die Ladesäule einen elektrischen Energiespeicher auf. Der Energiespeicher versorgt die Steuereinheit und ggf. eine Beleuchtung mit Energie und startet die erste Vorrichtung zur Energiekonversion. Der elektrische Energiespeicher ist vorteilhafterweise wiederaufladbar ausgebildet.

In einer weiteren Ausführung der Erfindung ist der elektrische Energiespeicher derartig angeschlossen, dass er eine Vorrichtung zur Beförderung des flüssigen Energieträgers zur ersten Vorrichtung zur Energiekonversion in Betrieb nehmen kann. Zum Betrieb der ersten Vorrichtung zur Energiekonversion ist die Förderung des Kraftstoffs aus dem Tank zur ersten Vorrichtung zur Energiekonversion notwendig. Üblicherweise geschieht dies durch eine handelsübliche Kraftstoffpumpe. Die Kraftstoffpumpe wird durch den elektrischen Energiespeicher mit Energie versorgt.

In einer besonders vorteilhaften Gestaltung der Erfindung ist die Ladesäule geeignet, ohne Zufuhr von Energie von außerhalb der Ladesäule Strom zu erzeugen. Die Ladesäule ist durch das Implementieren aller seiner einzelnen Komponenten sehr kompakt aufgebaut und benötigt keinen Anschluss an ein bestehendes Stromnetz. Die Ladesäule kann als ganzes Bauteil transportiert, aufgestellt, betrieben und wieder abgebaut werden. Die Kosten der Ladesäule und damit die Investitionen für Installation und Betrieb sind niedrig. Falls die Ladesäule an dem gewählten Standort nicht rentabel betrieben werden kann, ist sie wieder leicht abzubauen. Auch im Falle von baulichen Maßnahmen in unmittelbarer Umgebung der Ladesäule ist diese schnell zu entfernen und an einer anderen, geeigneteren Stelle wieder aufbaubar.

In einer Weiterbildung der Erfindung weist die Ladesäule ausschließlich einen oder mehrere elektrische Anschlüsse auf, die zur Aufladung von Elektrofahrzeugen geeignet sind. Über einen oder mehrere elektrische Anschlüsse (Ladekabel) wird die in der Ladesäule erzeugte elektrische Energie an ein Kraftfahrzeug abgegeben. Die Ladesäule weist keine weiteren elektrischen Anschlüsse auf, die außerhalb des Gehäuses liegen. Die Ladesäule benötigt daher keinen Anschluss an ein bestehendes Stromnetz. Die Kosten der Ladesäule und damit die Investitionen für Installation und Betrieb sind niedrig.

In einer weiteren Ausführung der Erfindung weist die Ladesäule ausschließlich Leitungen und/oder Anschlüsse auf, die dazu geeignet sind, elektrische Energie aus der Ladesäule herauszuleiten. Über einen oder mehrere elektrische Anschlüsse (Ladekabel) wird die in der Ladesäule erzeugte elektrische Energie an ein Kraftfahrzeug abgegeben. Die Ladesäule weist keine weiteren elektrischen Anschlüsse auf, die außerhalb des Gehäuses liegen. Die Ladesäule benötigt daher keinen Anschluss an ein bestehendes Stromnetz. Die Kosten der Ladesäule und damit die Investitionen für Installation und Betrieb sind niedrig.

In einer weiteren Ausbildung der Erfindung ist der Tank derart gestaltet, dass er mindestens 1001 des flüssigen Energieträgers fasst, bevorzugt 2001 und besonders bevorzugt 5001. Das Volumen des Tanks ist so dimensioniert, dass mindestens 10 Ladevorgänge (Tankinhalt 1001) möglich sind. Das Tankvolumen kann entsprechend den Anforderungen, die durch den Ort der Aufstellung der Ladesäule bestimmt sind, angepasst werden. So ist es z.B. sinnvoll, in Großstädten ein kleines Volumen des Tanks zu wählen, weil die Infrastruktur der Wiederbetankung gut ist, die Ladesäule also sehr schnell wieder betankt werden kann. In ländlichen Bereichen wird ein größeres Tankvolumen gewählt, um die Intervalle zwischen den einzelnen Tankvorgängen zu vergrößern.

In einer weiteren Gestaltung der Erfindung hat der Tank ein Volumen zur Aufnahme einer Menge eines flüssigen Energieträgers mit einer Energie von mindestens 125 kWh, bevorzugt 440 kWh und besonders bevorzugt 2000 kWh. Das Volumen des Tanks ist so dimensioniert, dass mindestens 10 Ladevorgänge (Tankinhalt 125 kWh) möglich sind. Das Tankvolumen kann entsprechend den Anforderungen, die durch den Ort der Aufstellung der Ladesäule bestimmt sind, angepasst werden. So ist es z.B. sinnvoll, in Großstädten ein kleines Volumen des Tanks zu wählen, weil die Infrastruktur der Wiederbetankung gut ist, die Ladesäule also sehr schnell wieder betankt werden kann. In ländlichen Bereichen wird ein größeres Tankvolumen gewählt, um die Intervalle zwischen den einzelnen Tankvorgängen zu vergrößern.

Die genannte Aufgabe wird ebenfalls mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Erzeugung eines Ladestroms für die Aufladung von Elektrofahrzeugen gemäß Anspruch 10 gelöst. Das erfindungsgemäße Verfahren zur Erzeugung eines Ladestroms für die Aufladung von Elektrofahrzeugen weist fünf Verfahrensschritte auf: Im ersten Verfahrensschritt wird ein flüssiger Energieträger in einen in einer Einhausung angeordneten Tank zugeführt. Die Befüllung des Tanks kann z.B. mittels eines Tankfahrzeugs erfolgen.

Im zweiten Verfahrensschritt wird ein flüssiger Energieträger von einem Tank in die erste Vorrichtung zur Energiekonversion zugeführt. Tank und erste Vorrichtung zur Energiekonversion sind dabei in einer Einhausung angeordnet. Der Ladevorgang beginnt, wenn ein Benutzer den elektrischen Anschluss (Ladekabel) in die entsprechende Steckdose des zu ladenden Kraftfahrzeuges steckt. Dann wird der Kraftstoff aus dem Tank mittels z.B. einer Kraftstoffpumpe der ersten Vorrichtung zur Energiekonversion zugeführt und diese in Betrieb genommen.

Im dritten Verfahrensschritt wird der flüssige Energieträger in kinetische oder elektrische Energie in der ersten Vorrichtung zur Energiekonversion konvertiert. Je nach Ausführung der ersten Vorrichtung zur Energiekonversion (Verbrennungsmotor oder Brennstoffzelle) wird die im Kraftstoff gespeicherte chemische Energie im Verbrennungsmotor in kinetische Energie konvertiert, eine Brennstoffzelle konvertiert die im Kraftstoff gespeicherte chemische Energie in einen Gleichstrom.

Im vierten Verfahrensschritt wird die elektrische oder kinetische Energie, die mittels der ersten Vorrichtung zur Energiekonversion erzeugt wurde, in der zweiten Vorrichtung zur Energiekonversion in einen Gleichstrom konvertiert. Bei Verwendung eines Verbrennungsmotors als erste Vorrichtung zur Energiekonversion treibt der Verbrennungsmotor die zweite Vorrichtung zur Energiekonversion, z.B. einen Generator, durch Rotation an. Die durch den Verbrennungsmotor erzeugt kinetische Energie wird also durch den Generator in elektrische Energie umgewandelt, in einen Strom. Bei Verwendung einer Brennstoffzelle wird der erzeugte Gleichstrom mittels eines Stromrichters in einen Gleichstrom mit einer Mindestspannung umgewandelt. Die zweite Vorrichtung zur Energiekonversion kann demnach als Stromrichter und/oder Stromwandler ausgestaltet sein.

Im fünften Verfahrensschritt wird der Strom, der in der zweiten Vorrichtung zur Energiekonversion erzeugt wurde, an ein Elektrofahrzeug abgegeben. Die Dimensionen der Ladesäule sind sehr kompakt und diese kann als ganzes Bauteil transportiert, aufgestellt, betrieben und wieder abgebaut werden. Insbesondere für den ländlichen Bereich bietet die erfindungsgemäße Ladesäule Vorteile gegenüber herkömmlichen Ladesäulen, die an ein bestehendes Stromnetz angeschlossen werden müssen: Die Kosten der Ladesäule und damit die Investitionen für Installation und Betrieb sind niedrig. Falls die Ladesäule an dem gewählten Standort nicht rentabel betrieben werden kann, ist sie wieder leicht abzubauen. Auch im Falle von baulichen Maßnahmen in unmittelbarer Umgebung der Ladesäule ist diese schnell zu entfernen und an einer anderen, geeigneteren Stelle wieder aufbaubar.

In einer weiteren Ausführung der Erfindung wird eine Vorrichtung zur Beförderung des flüssigen Energieträgers zur ersten Vorrichtung zur Energiekonversion durch einen elektrischen Energiespeicher in Betrieb genommen. Zum Betrieb der ersten Vorrichtung zur Energiekonversion ist die Förderung des Kraftstoffs aus dem Tank zur ersten Vorrichtung zur Energiekonversion notwendig. Üblicherweise geschieht dies durch eine handelsübliche Kraftstoffpumpe. Die Kraftstoffpumpe wird durch den elektrischen Energiespeicher mit Energie versorgt und gestartet.

In einer weiteren Gestaltung der Erfindung erfolgt das Zuführen des flüssigen Energieträgers zur ersten Vorrichtung zur Energiekonversion durch die Ladung eines elektrischen Energiespeichers. Zum Betrieb der ersten Vorrichtung zur Energiekonversion ist die Förderung des Kraftstoffs aus dem Tank zur ersten Vorrichtung zur Energiekonversion notwendig. Üblicherweise geschieht dies durch eine handelsübliche Kraftstoffpumpe. Die Kraftstoffpumpe wird durch den elektrischen Energiespeicher mit Energie versorgt und gestartet. In einer weiteren vorteilhaften Ausbildung der Erfindung erfolgt ein Transport elektrischer Energie ausschließlich von der Ladesäule nach außerhalb der Ladesäule. Über einen oder mehrere elektrische Anschlüsse (Ladekabel) wird die in der Ladesäule erzeugte elektrische Energie an ein Kraftfahrzeug abgegeben. Die Ladesäule weist keine weiteren elektrischen Anschlüsse auf, die außerhalb des Gehäuses liegen. Die Ladesäule benötigt daher keinen Anschluss an ein bestehendes Stromnetz. Die Kosten der Ladesäule und damit die Investitionen für Installation und Betrieb sind niedrig.

In einer Weiterbildung der Erfindung beginnt die Erzeugung der elektrischen Energie in der Ladesäule mit dem Beginn eines Ladevorgangs. Ist die Ladesäule nicht in Betrieb, befindet sie sich im Standby-Modus. Erst auf Anforderung eines Benutzers, üblicherweise indem der Benutzer den elektrischen Anschluss (Ladekabel) in den elektrischen Anschluss des zu ladenden Kraftfahrzeugs steckt, beginnt der Betrieb der Ladesäule. Im Standby-Modus verbraucht die Ladesäule selbst sehr wenig Energie.

In einem weiteren Aspekt der Erfindung endet die Erzeugung der elektrischen Energie in der Ladesäule mit dem Ende eines Ladevorgangs. Der Ladevorgang endet, wenn der Benutzer das Ladekabel vom zu ladenden Kraftfahrzeug löst bzw. wenn der Energiespeicher des Kraftfahrzeugs ausreichend (z.B. 80% der Kapazität des Energiespeichers oder mehr) geladen ist. Nach Beendigung des Ladevorgangs wird die erste Vorrichtung zur Energiekonversion gestoppt und kein Kraftstoff mehr zur ersten Vorrichtung zur Energiekonversion gefördert. Die Ladesäule fährt in einen Standby-Modus bis zum Beginn des nächsten Ladevorgangs.

In einer weiteren Gestaltung der Erfindung erfolgt das Zuführen eines flüssigen Energieträgers von einem in einer Einhausung einer Ladesäule angeordneten Tank zu einer ersten Vorrichtung zur Energiekonversion nicht zeitgleich mit der Zuführung eines flüssigen Energieträgers in einen in einer Einhausung einer Ladesäule angeordneten Tank. Das Befüllen des Tanks erfolgt einerseits aus Sicherheitsgründen zu einem anderen Zeitpunkt als der Ladevorgang, andererseits um einen Ladevorgang nicht zu unterbrechen. Die Servicequalität für einen Benutzer wird dadurch erhöht.

In einer weiteren Ausbildung der Erfindung erfolgen zwischen zwei Vorgängen zur Zuführung eines flüssigen Energieträgers in einen in einer Einhausung einer Ladesäule angeordneten Tank mehrere Ladevorgänge. Das Volumen des Tanks ist derart bemessen, dass mehrere Ladevorgänge möglich sind. Die Steuereinheit kann ein Signal, z.B. eine SMS oder Email, an den Betreiber der Ladesäule senden, wenn der Tankinhalt ein bestimmtes vorher festgelegtes Volumen unterschritten hat.

In einerweiteren Gestaltung der Erfindung wird dem in einer Einhausung einer Ladesäule angeordneten Tank ein Volumen eines flüssigen Energieträgers mit einer Energie von mindestens 125 kWh, bevorzugt 440 kWh und besonders bevorzugt 2000 kWh zugeführt. Das Volumen des Tanks ist so dimensioniert, dass mindestens 10 Ladevorgänge (Tankinhalt 125 kWh) möglich sind. Das Tankvolumen kann entsprechend den Anforderungen, die durch den Ort der Aufstellung der Ladesäule bestimmt sind, angepasst werden. So ist es z.B. sinnvoll, in Großstädten ein kleines Volumen des Tanks zu wählen, weil die Infrastruktur der Wiederbetankung gut ist, die Ladesäule also sehr schnell wieder betankt werden kann. In ländlichen Bereichen wird ein größeres Tankvolumen gewählt, um die Intervalle zwischen den einzelnen Tankvorgängen zu vergrößern.

In einer weiteren Ausbildung der Erfindung werden dem in einer Einhausung einer Ladesäule angeordneten Tank mindestens 1001 des flüssigen Energieträgers zugeführt, bevorzugt 2001 und besonders bevorzugt 5001. Das Volumen des Tanks ist so dimensioniert, dass mindestens 10 Ladevorgänge (Tankinhalt 1001) möglich sind. Das Tankvolumen kann entsprechend den Anforderungen, die durch den Ort der Aufstellung der Ladesäule bestimmt sind, angepasst werden. So ist es z.B. sinnvoll, in Großstädten ein kleines Volumen des Tanks zu wählen, weil die Infrastruktur der Wiederbetankung gut ist, die Ladesäule also sehr schnell wieder betankt werden kann. In ländlichen Bereichen wird ein größeres Tankvolumen gewählt, um die Intervalle zwischen den einzelnen Tankvorgängen zu vergrößern.

Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Ladesäule für die Aufladung von Elektrofahrzeugen und des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Erzeugung eines Ladestroms für die Aufladung von Elektrofahrzeugen sind in den Zeichnungen schematisch vereinfacht dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1: Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Ladesäule mit Verbrennungsmotor

Fig. 2: Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Ladesäule mit Brennstoffzelle

Fig. 3: Ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens für die Aufladung von Elektrofahrzeugen

Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Ladesäule 1 zeigt Fig. 1. Die Ladesäule 1 weist in diesem Ausführungsbeispiel einen Verbrennungsmotor 7 auf, der innerhalb der ersten Vorrichtung zur Energiekonversion 3 verbaut ist. Der Verbrennungsmotor 7 ist üblicherweise ein Kolben-Verbrennungsmotor, möglich sind aber auch andere Bauformen wie z.B. Wankelmotor oder Turbine. Betrieben wird der Verbrennungsmotor 7 vorteilhafterweise vorzugsweise mit Methanol oder Ethanol oder einem Gemisch von Methanol und Ethanol. Beide Kraftstoffarten können aus Biomasse umweltverträglich hergestellt werden, sind weltweit als Kraftstoffe seit Langem etabliert und stehen somit preiswert zur Verfügung. Ihr Transport und ihre Lagerung sowie ihr Betrieb in Verbrennungsmotoren sind vergleichbar mit herkömmlichem Benzin (für Kraftfahrzeuge) und damit unproblematisch. Die Lagerung des Kraftstoffs in der erfindungsgemäßen Ladesäule 1 erfolgt in einem Tank 6 mit einem Fassungsvermögen von 1001. Der Verbrennungsmotor 7 treibt die zweite Vorrichtung zur Energiekonversion 3 durch Rotation an, in diesem Ausführungsbeispiel einen Generator 8. Die durch den Verbrennungsmotor 7 erzeugt kinetische Energie wird also durch den Generator 8 in elektrische Energie umgewandelt, in einen Strom.

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 bzw. die Beendigung eines Ladevorgangs erkennt und initiiert. Außerdem kann ein Benutzer mittels der Steuereinheit 5 den Ladevorgang bezahlen. Dabei sind mehrere Bezahlsysteme möglich, z.B. über verschiedene Kreditkarten oder über ein mobiles Endgerät, z.B. ein Smartphone.

Der elektrische Energiespeicher 9 startet über einen Anlasser und die Kraftstoffpumpe 11 , die den Kraftstoff in den Verbrennungsmotor 7 fördert, ebenfalls den Verbrennungsmotor 7 bei Beginn eines Ladevorgangs. Der elektrische Energiespeicher 9 wird ggf. durch die durch den Generator 8 erzeugte elektrische Energie wieder aufgeladen. Über einen oder mehrere elektrische Anschlüsse 10 (Ladekabel) wird die in der Ladesäule 1 erzeugte elektrische Energie an ein Kraftfahrzeug abgegeben.

Die erste und die zweite Vorrichtung zur Energiekonversion 3,4 mit Verbrennungsmotor 7 und Generator 8, Tank 6, Energiespeicher 9, der Kraftstoffpumpe 11, Steuereinheit 5 sowie die elektrischen Anschlüsse 10 sind alle vorteilhafterweise in einer Einhausung 2 verbaut. Die Ladesäule 1 ist wie dargelegt völlig autark zu betreiben, d.h. sie benötigt keinen elektrischen Anschluss an ein bestehendes Stromnetz. Die benötigte elektrische Energie für ihren Betrieb wird durch den wiederaufladbaren Energiespeicher 9 geliefert. Die Dimensionen der Ladesäule 1 sind ebenfalls sehr kompakt, den meisten Raum nimmt üblicherweise der Kraftstofftank 6 ein. Durch eine geeignete Wahl der Größe des Tanks 6 können die Abmessungen der Ladesäule 1 klein gehalten werden, nötig ist dann aber ggf. eine häufige Befüllung des Tanks 6 mit Kraftstoff. Die Steuereinheit 5 ist dazu vorteilhafterweise über WLAN oder ähnliche Kommunikationseinrichtungen mit dem Betreiber der Ladesäule 1 verbunden und gibt eine entsprechende Meldung ab, wenn der Tank 6 wieder befüllt werden muss.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Erzeugung eines Ladestroms für die Aufladung von Elektrofahrzeugen weist fünf Verfahrensschritte auf: Im ersten Verfahrensschritt 100 wird ein flüssiger Energieträger, in diesem Ausführungsbeispiel aus Biomasse gewonnenes Methanol, in einen in einer Einhausung angeordneten Tank 6 zugeführt. Die Befüllung des Tanks 6 erfolgt mittels eines Tankfahrzeugs. Dem Tank 6 werden mindestens 1001 (entsprechend 200 kWh) Methanol zugeführt, bevorzugt 2001 (entsprechend 400 kWh) und besonders bevorzugt 5001 (entsprechend 1000 kWh). Das Volumen des Tanks ist so dimensioniert, dass mindestens 10 Ladevorgänge (Tankinhalt 1001) möglich sind. Das Tankvolumen kann entsprechend den Anforderungen, die durch den Ort der Aufstellung der Ladesäule bestimmt sind, angepasst werden. So ist es z.B. sinnvoll, in Großstädten ein kleines Volumen des Tanks zu wählen, weil die Infrastruktur der Wiederbetankung gut ist, die Ladesäule also sehr schnell wieder betankt werden kann. In ländlichen Bereichen wird ein größeres Tankvolumen gewählt, um die Intervalle zwischen den einzelnen Tankvorgängen zu vergrößern. Bevorzugte Tankvolumina sind hier 20001, 10.0001 oder auch 20.0001.

Der Ladevorgang beginnt, wenn ein Benutzer den elektrischen Anschluss (Ladekabel) 10 in die entsprechende Steckdose des zu ladenden Kraftfahrzeuges steckt. Die Steuereinheit 5 erkennt dies, und im zweiten Verfahrensschritt 200 wird der Kraftstoff aus dem Tank 6 durch die Kraftstoffpumpe 11 dem Verbrennungsmotor 7 zugeführt und dieser mittels eines Anlassers gestartet. Anlasser und Kraftstoffpumpe 11 werden dabei durch den Energiespeicher 9 mit Energie versorgt. Im dritten Verfahrensschritt 300 treibt der Verbrennungsmotor 7 den Generator 8 an, die im Kraftstoff gespeicherte chemische Energie wird also in kinetische Energie konvertiert und im vierten Verfahrensschritt 400 in elektrische Energie. Diese elektrische Energie wird im fünften Verfahrensschritt 500 über das Ladekabel 10 an das Kraftfahrzeug abgegeben. Der Ladevorgang endet, wenn der Benutzer das Ladekabel 10 vom Kraftfahrzeug löst bzw. wenn der Energiespeicher des Kraftfahrzeugs ausreichend (z.B. 80% der Kapazität des Energiespeichers oder mehr) geladen ist. Nach Beendigung des Ladevorgangs wird der Verbrennungsmotor 7 gestoppt und kein Kraftstoff mehr zum Verbrennungsmotor 7 gefördert. Die Ladesäule 1 fährt in einen Standby-Modus bis zum Beginn des nächsten Ladevorgangs.

Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Ladesäule, die mittels einer Brennstoffzelle 7 Strom zum Laden eines Kraftfahrzeugs erzeugt. Die Ladesäule 1 weist eine Brennstoffzelle 7 auf, die innerhalb der ersten Vorrichtung zur Energiekonversion 3 verbaut ist. Die Brennstoffzelle 7 ist üblicherweise eine Direct Methanol Fuel Cell (DMFC), die mittels Methanol betrieben wird. Möglich sind aber auch andere Ausführungen der Brennstoffzelle 7, die z.B. mittels Ethanol, Biogas 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.

Insbesondere Transport und Lagerung der flüssigen Betriebsstoffe (Methanol, Ethanol) sowie ihr Betrieb in Brennstoffzellen sind vergleichbar mit herkömmlichem Benzin (für Kraftfahrzeuge) und damit unproblematisch. Die Lagerung des Kraftstoffs in der erfindungsgemäßen Ladesäule 1 erfolgt in einem Tank 6. Die Brennstoffzelle 7 besteht üblicherweise aus mehreren Stapeln (Stacks) von einzelnen Brennstoffzellen und ist somit der gewünschten Leistung der Ladesäule 1 anpassbar.

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 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. Der elektrische Energiespeicher 9 startet über die Kraftstoffpumpe 11 , die den Kraftstoff in die Brennstoffzelle 7 fördert, bei Beginn eines Ladevorgangs. Mittels des Wechselrichters 8 wird der in der Brennstoffzelle 7 erzeugte Gleichstrom in Gleichstrom mit einer Mindestspannung umgewandelt. Der elektrische Energiespeicher 9 wird ggf. wieder durch die durch den Generator 8 erzeugte elektrische Energie wieder aufgeladen. Über einen oder mehrere elektrische Anschlüsse 10 (Ladekabel) wird die in der Ladesäule 1 erzeugte elektrische Energie an ein Kraftfahrzeug abgegeben.

Die erste und die zweite Vorrichtung zur Energiekonversion 3,4 mit Brennstoffzelle 7 und Wechselrichter 8, Tank 6, Energiespeicher 9, der Kraftstoffpumpe 11, Steuereinheit 5 sowie die elektrischen Anschlüsse 10 sind alle vorteilhafterweise in einer Einhausung 2 verbaut. Die Ladesäule 1 ist wie dargelegt völlig autark zu betreiben, d.h. sie benötigt keinen elektrischen Anschluss an ein bestehendes Stromnetz. Die benötigte elektrische Energie für ihren Betrieb wird durch den wiederaufladbaren Energiespeicher 9 geliefert. Die Dimensionen der Ladesäule 1 sind ebenfalls sehr kompakt, den meisten Raum nimmt üblicherweise der Kraftstofftank 6 ein. Durch eine geeignete Wahl der Größe des Tanks 6 können die Abmessungen der Ladesäule 1 klein gehalten werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Erzeugung eines Ladestroms für die Aufladung von Elektrofahrzeugen weist fünf Verfahrensschritte auf: Im ersten Verfahrensschritt 100 wird ein flüssiger Energieträgerin einen in einer Einhausung angeordneten Tank 6 zugeführt. Die Befüllung des Tanks 6 erfolgt mittels eines Tankfahrzeugs. Der Ladevorgang beginnt, wenn ein Benutzer den elektrischen Anschluss (Ladekabel) 10 in die entsprechende Steckdose des zu ladenden Kraftfahrzeuges steckt. Die Steuereinheit 5 erkennt dies, und im zweiten Verfahrensschritt 200 wird der Kraftstoff aus dem Tank 6 durch die Kraftstoffpumpe 11 der Brennstoffzelle 7 zugeführt. Die Kraftstoffpumpe 11 wird dabei durch den Energiespeicher 9 mit Energie versorgt. Im dritten Verfahrensschritt 300 erzeugt die Brennstoffzelle 7 einen Gleichstrom, im vierten Verfahrensschritt 400 wird der Gleichstrom durch den Stromrichter 8 in einen Gleichstrom mit einer Mindestspannung (z.B. 230V oder 920V) umgewandelt. Dieser Gleichstrom wird im fünften Verfahrensschritt 500 über das Ladekabel 10 an das Kraftfahrzeug abgegeben. Der Ladevorgang endet, wenn der Benutzer das Ladekabel 10 vom Kraftfahrzeug löst bzw. wenn der Energiespeicher des Kraftfahrzeugs ausreichend (z.B. 90% der Kapazität des Energiespeichers oder mehr) geladen ist. Nach Beendigung des Ladevorgangs wird der Betrieb der Brennstoffzelle 7 gestoppt und kein Kraftstoff mehr zur Brennstoffzelle 7 gefördert. Die Ladesäule 1 fährt in einen Standby-Modus bis zum Beginn des nächsten Ladevorgangs.

Fig. 3 zeigt das erfindungsgemäße Verfahren zur Erzeugung eines Ladestroms für die Aufladung von Elektrofahrzeugen. Das erfindungsgemäße Verfahren mittels der erfindungsgemäßen Ladesäule 1 weist fünf Verfahrensschritte auf: Im ersten Verfahrensschritt 100 wird ein flüssiger Energieträger in einen in einer Einhausung angeordneten Tank 6 zugeführt. Der Ladevorgang beginnt, wenn ein Benutzer den elektrischen Anschluss (Ladekabel) 10 in die entsprechende Steckdose des zu ladenden Kraftfahrzeuges steckt. Die Steuereinheit 5 erkennt dies, und im zweiten Verfahrensschritt 200 wird der Kraftstoff aus dem Tank 6 durch die Kraftstoffpumpe 11 der Brennstoffzelle 7 bzw. dem Verbrennungsmotor 7 zugeführt und dieser mittels eines Anlassers gestartet. Die Kraftstoffpumpe 11 wird dabei durch den Energiespeicher 9 mit Energie versorgt. Im dritten Verfahrensschritt 300 erzeugt die Brennstoffzelle 7 einen Gleichstrom bzw. treibt der Verbrennungsmotor 7 den Generator 8 an. Im vierten Verfahrensschritt 400 wird der Gleichstrom, der von der Brennstoffzelle 7 erzeugt wird, durch den Stromrichter 8 in Gleichstrom mit einer Mindestspannung umgewandelt. Im Falle des Vorhandenseins eines Verbrennungsmotors 7 treibt der Verbrennungsmotor 7 den Generator 8 an, die im Kraftstoff gespeicherte chemische Energie wird also in kinetische Energie konvertiert und im vierten Verfahrensschritt 400 in elektrische Energie.

Dieser Strom wird im fünften Verfahrensschritt 500 über das Ladekabel 10 an das Kraftfahrzeug abgegeben. Der Ladevorgang endet, wenn der Benutzer das Ladekabel 10 vom Kraftfahrzeug löst bzw. wenn der Energiespeicher des Kraftfahrzeugs ausreichend (z.B. 75% der Kapazität des Energiespeichers oder mehr) geladen ist. Nach Beendigung des Ladevorgangs wird der Verbrennungsmotor 7 gestoppt und kein Kraftstoff mehr zum Verbrennungsmotor 7 gefördert. Die Ladesäule 1 fährt in einen Standby-Modus bis zum Beginn des nächsten Ladevorgangs.

B EZ U G SZ E I C H E N L I ST E

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

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