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Die Erfindung betrifft ein Versorgungssystem mit einer Ladestation oder Elektrofahrzeugladestation zum elektrischen Aufladen eines elektrischen Energiespeichers eines zumindest teilweise elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugs und mit einer Wasserbereitstellungsanlage. Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben eines solchen Versorgungssystems sowie eine Ladestation und eine Wasserbereitstellungsanlage für ein solches Versorgungssystem.
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Mit der fortschreitenden Elektrifizierung im Verkehrssektor und insbesondere mit der Verbreitung von zumindest teilweise elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugen zur Personenbeförderung findet auch ein Umbau der vorhandenen Ladeinfrastruktur statt. Im Zuge dieses Umbaus wird nach und nach ein Netz von Ladestationen oder Elektrofahrzeugladestationen zusätzlich zu dem bestehenden Tankstellennetz für benzin- oder dieselangetriebene Kraftfahrzeuge aufgebaut. Eine solche Ladestation umfasst in der Regel lediglich ein Anschlussmittel zum elektrischen Verbinden einer Energiebereitstellungseinheit der Ladestation mit einem elektrisch zu ladenden elektrischen Energiespeicher eines jeweiligen zumindest teilweise elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugs. Weitere Versorgungsmedien, beispielsweise Scheibenwischwasser oder Brauchwasser oder insbesondere demineralisiertes Wasser zur darüberhinausgehenden Befüllung weiterer Vorratstanks des Kraftfahrzeugs stehen in der Regel an der Ladestation nicht zur Verfügung, da entsprechende Wasserleitungen fehlen.
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Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Möglichkeiten bekannt, um hier Abhilfe zu schaffen. So beschreibt beispielsweise die
CN 108621837 A die Möglichkeit, Regenwasser durch eine Auffangeinrichtung einer Ladestation zu sammeln und einem Nutzer zur Verfügung zu stellen. Die bereitstellbare Menge an Wasser hängt hierbei natürlich nachteiligerweise von einer jeweils gesammelten Regenmenge ab. Bleibt ein Regen oder ein Niederschlag über längere Zeit aus, so kann eine zu jeder Zeit zuverlässige Bereitstellung von Wasser nicht gewährleistet werden.
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Die
CN 208576447 U beschreibt ihrerseits eine Ladestation für Elektrofahrzeuge, wobei die Ladestation ein Sammelbecken für Schmutzwasser sowie einen Wasseranschluss an ein regionales Wassernetz aufweist. Gerade in dünn besiedelten Gegenden kann es vorkommen, dass in der Nähe einer Ladestation keine Leitung eines regionalen Wassernetzes verläuft, wodurch ein Anschluss der Ladestation an ein solches Wassernetz unverhältnismäßig aufwendig und teuer wäre. Das aufgefangene Schmutzwasser kann zudem ohne aufwendige Reinigung nicht ohne weiteres in jedem Bereich des Kraftfahrzeugs eingesetzt werden. Auch hier ist also nachteiligerweise eine zuverlässige Bereitstellung von sauberem oder demineralisiertem Brauchwasser nicht gewährleistet.
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In ähnlicher Weise beschreibt die
DE 10 2017 216 688 A1 ein Versorgungsmodul für eine Elektrofahrzeugladestation, wobei eine Medienversorgungseinheit Wasser nicht näher beschriebener Herkunft in einem Vorratsbehälter bereitstellen kann oder das Versorgungsmodul an einem bestehenden Wasseranschluss angeschlossen werden kann. Hierdurch ergeben sich ebenfalls die oben beschriebenen Nachteile.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, an einer Elektrofahrzeugladestation der eingangs beschriebenen Art Brauchwasser, insbesondere demineralisiertes Brauchwasser für das Kraftfahrzeug bereitzustellen, wobei die Bereitstellung unabhängig von dem Aufstellungsort der Ladestation oder einer zu verzeichnenden Niederschlagsmenge zuverlässig erfolgen soll.
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Die Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind durch die abhängigen Patentansprüche, die folgende Beschreibung sowie die Figuren beschrieben.
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Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass im Betrieb einer Ladestation, insbesondere während eines Ladevorgangs, aufgrund der hohen Ladeleistung der Ladestation eine Prozesswärme oder Abwärme entsteht. Diese Prozesswärme wird in der Regel durch einen Kühlkreislauf der Ladestation ungenutzt in eine Umgebung der Ladestation abgegeben.
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Durch die Erfindung ist ein Versorgungssystem mit einer Ladestation zum elektrischen Aufladen eines elektrischen Energiespeichers für ein zumindest teilweise elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug und mit einer Wasserbereitstellungsanlage bereitgestellt. Die erfindungsgemäße Ladestation umfasst einen Kühlkreislauf zum Abführen einer Prozesswärme der Ladestation. Wie oben beschrieben, kann die Prozesswärme beispielsweise bei einem von der Ladestation durchgeführten Ladevorgang des elektrischen Energiespeichers für das zumindest teilweise elektrisch angetriebene Kraftfahrzeug entstehen. Die Prozesswärme wird bevorzugt durch den Kühlkreislauf abgeführt. Der Kühlkreislauf kann beispielsweise durch eine Ummantelung einer elektrischen Leitung der Ladestation realisiert sein. In dem Kühlkreislauf ist bevorzugt ein Kühlmedium oder Kühlmittel angeordnet, welches beispielsweise durch ein Wasser-Glykol-Gemisch realisiert sein kann, welches innerhalb der Ummantelung zirkuliert.
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Erfindungsgemäß weist die Wasserbereitstellungsanlage zumindest eine Luftentfeuchtungseinrichtung mit einem Trocknungsmittel und einem Kondensatbehälter auf. Das Trocknungsmittel ist dazu ausgebildet, Wassermoleküle aus einer Umgebungsluft der Ladestation aufzunehmen und infolge einer Zufuhr thermischer Energie als Wasserdampf für den Kondensatbehälter abzugeben. Das Trocknungsmittel ist bevorzugt als ein sogenanntes Molekularsieb ausgestaltet. Mit anderen Worten ist das Trocknungsmittel bevorzugt als ein synthetischer Zeolith oder ein synthetisches Alumosilikat mit einer hohen Adsorptionskapazität für Wassermoleküle ausgestaltet. Das Molekularsieb oder der Zeolith weist insbesondere eine Porenweite zwischen drei und fünf Angström (A), insbesondere 4 A, auf. Bekanntermaßen kann ein solches Molekularsieb durch Zufuhr thermischer Energie regeneriert werden. Bei der Regeneration werden die eingelagerten Wassermoleküle als ein Wasserdampf abgegeben, der dazu ausgebildet ist, in kondensierter Form als Wasser oder Kondensat in dem Kondensatbehälter gesammelt zu werden.
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Erfindungsgemäß ist die Wasserbereitstellungsanlage über eine Koppeleinrichtung mit der Ladestation gekoppelt. Die Koppeleinrichtung ist dabei dazu eingerichtet, in Abhängigkeit von einem Stellsignal das Trocknungsmittel zumindest zeitweise thermisch mit dem Kühlkreislauf der Ladestation zu koppeln, wobei in gekoppeltem Zustand die Prozesswärme der Ladestation als die thermische Energie wirkt. Mit anderen Worten ist die Wasserbereitstellungsanlage dazu eingerichtet, die Prozesswärme oder Abwärme der Ladestation zur Regeneration des Trocknungsmittels und so zur Wassergewinnung aus einer Luftfeuchtigkeit der Umgebungsluft zu nutzen. Die Wasserbereitstellungsanlage kann hierzu permanent oder nur zeitweise über die Koppeleinrichtung mit der Ladestation gekoppelt sein. Die Koppeleinrichtung kann beispielsweise ein mechanisches Koppelelement aus einem thermisch leitenden Material, beispielsweise aus einem Metall, umfassen, das in Abhängigkeit von dem Stellsignal mechanisch mit der Ladestation bzw. mit dem Kühlkreislauf der Ladestation kontaktiert werden kann, um so eine thermisch leitende Verbindung zwischen dem Kühlkreislauf und dem Trocknungsmittel herzustellen.
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Durch die Erfindung ergeben sich mehrere Vorteile. Zuvorderst kann in vorteilhafter Weise Wasser direkt an der Ladestation gewonnen und so unabhängig von einem Anschluss des erfindungsgemäßen Versorgungssystems an ein öffentliches Wassernetz und unabhängig von einer in der Umgebung der Ladestation fallenden Niederschlagsmenge an der Ladestation bereitgestellt werden. Zudem ist das auf die beschriebene Art und Weise gewonnene Wasser oder Kondensat demineralisiert und kann demnach vielfältig in dem Kraftfahrzeug eingesetzt werden. Außerdem kann ein Gesamtwirkungsgrad der Ladestation durch die Nutzung der Prozesswärme oder Abwärme der Ladestation gesteigert werden. Zudem kann mittels der zumindest einen Luftentfeuchtungseinrichtung die Umgebungsluft der Ladestation entfeuchtet oder getrocknet werden, wodurch ein Korrosionsschutz für die Ladestation gegeben ist.
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Zu der Erfindung gehören auch Ausführungsformen, durch die sich zusätzliche Vorteile ergeben.
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Eine Ausführungsform sieht vor, dass das Versorgungssystem zumindest eine weitere Luftentfeuchtungseinrichtung aufweist. Die zumindest eine Luftentfeuchtungseinrichtung und die zumindest eine weitere Luftentfeuchtungseinrichtung sind dabei bevorzugt über die Koppeleinrichtung mit der Ladestation gekoppelt und die Koppeleinrichtung ist bevorzugt dazu eingerichtet, die zumindest eine Luftentfeuchtungseinrichtung und die zumindest eine weitere Luftentfeuchtungseinrichtung in Abhängigkeit von dem Stellsignal zumindest zeitweise abwechselnd thermisch mit dem Kühlkreislauf der Ladestation zu koppeln. Das Stellsignal kann beispielsweise einen Beladezustand einer jeweiligen Luftentfeuchtungseinrichtung, insbesondere einen Beladezustand des Trocknungsmittels der jeweiligen Luftentfeuchtungseinrichtung mit Wassermolekülen, beschreiben. Mit anderen Worten kann eine jeweilige Luftentfeuchtungseinrichtung in Abhängigkeit des Beladezustands ihres Trocknungsmittels mit der Ladestation gekoppelt werden. Ist das Trocknungsmittel der zumindest einen Luftentfeuchtungseinrichtung vollständig oder nahezu vollständig, insbesondere zu 90 Prozent, mit Wassermolekülen beladen, kann es bevorzugt mittels der Koppeleinrichtung mit dem Kühlkreislauf der Ladestation gekoppelt werden, wobei die zumindest eine weitere Luftentfeuchtungseinrichtung vom Kühlkreislauf entkoppelt ist und das Trocknungsmittel der zumindest einen weiteren Luftentfeuchtungseinrichtung mit Wassermolekülen beladen wird. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass die zumindest eine und die zumindest eine weitere Luftentfeuchtungseinrichtung im Wechsel betrieben werden können, wodurch die Wasserbereitstellungsanlage dauerhaft oder permanent betrieben werden kann.
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Eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass die Koppeleinrichtung zumindest einen schaltbaren Wärmeübertrager umfasst, der dazu eingerichtet ist, in Abhängigkeit von dem Stellsignal einen Übertrag der thermischen Energie auf das Trocknungsmittel herzustellen und zu unterbinden. Der schaltbare Wärmeübertrager kann beispielsweise durch einen schaltbaren Wärmeübertrager grundsätzlich bekannter Art realisiert sein. Bekannte schaltbare Wärmeübertrager arbeiten in der Regel auf Metallhybridbasis. Hierbei ist eine Wärmeleitfähigkeit des Wärmeübertragers abhängig von einem innerhalb des Wärmeübertragermaterials vorherrschenden Gasdruck. Bei einem gegenüber einem Ausgangswert erhöhten Gasdruck nimmt die Leitfähigkeit des Wärmeübertragers zu, bei einem gegenüber dem Ausgangswert verringerten Gasdruck hingegen zeigt der Wärmeübertrager wärmedämmende Eigenschaften. Das beschriebene Prinzip eines schaltbaren Wärmeübertragers ist auch unter dem Namen schaltbare Wärmedämmung (SWD) bekannt.
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Eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass das Versorgungssystem einen Sammelbehälter zum Sammeln von Oberflächenwasser, einen Filterkreislauf zum Filtern des Oberflächenwassers und zumindest einen Bereitstellungsbehälter zum Bereitstellen des gefilterten Oberflächenwassers und/oder des in dem Kondensatbehälter zu einem Kondensat kondensierten Wasserdampfs für das Kraftfahrzeug aufweist. Mit anderen Worten ist das Versorgungssystem bevorzugt dazu eingerichtet, zusätzlich zu der beschriebenen Generierung von Wasser Oberflächenwasser in einem Sammelbehälter zu sammeln. Oberflächenwasser kann beispielsweise in Form von Regen oder Niederschlagswasser vorliegen. Der Sammelbehälter ist bevorzugt über eine Rohrleitung oder eine Schlauchleitung mit dem Bereitstellungsbehälter verbunden. In diese Verbindungsstrecke ist bevorzugt ein Filterkreislauf zum Filtern des Oberflächenwassers integriert. Der Filterkreislauf kann bevorzugt einen Partikelfilter, beispielsweise in Form eines Siebes oder Netzes, umfassen. Darüber hinaus kann der Filterkreislauf mit einem Ionentauscher ausgestattet sein. Der Ionentauscher ist bevorzugt dazu eingerichtet, das gesammelte Oberflächenwasser zu demineralisieren oder von Salz-Ionen zu befreien. Ein Salz-Ion kann beispielsweise durch ein Natrium-Ion oder ein Kalium-Ion vorliegen. Hierdurch kann in vorteilhafter Weise demineralisiertes Wasser für das Kraftfahrzeug bereitgestellt werden. Das zusätzliche Sammeln von Oberflächenwasser ermöglicht es in vorteilhafter Weise, eine größere Menge an Brauchwasser in dem Bereitstellungsbehälter bereitzustellen, als dies ohne das zusätzliche Sammeln von Oberflächenwasser möglich wäre.
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Zusätzlich ist der Kondensatbehälter mit dem zumindest einen Bereitstellungsbehälter hydraulisch verbunden. Mit anderen Worten kann in dem Bereitstellungsbehälter sowohl das gesammelte und gefilterte Oberflächenwasser als auch der zu dem Kondensat kondensierte Wasserdampf als Brauchwasser für das Kraftfahrzeug bereitgestellt werden.
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Eine bevorzugte Weiterbildung sieht vor, dass zwischen dem Kondensatbehälter und dem zumindest einen Bereitstellungsbehälter hydraulisch eine Filterstrecke mit einem Gütesensor geschaltet ist. Der Gütesensor ist dazu eingerichtet, zumindest einen Wert eines eine chemische Zusammensetzung des Kondensats beschreibenden Güteparameters zu erfassen. Ein Gütesensor kann beispielsweise durch einen Messsensor zum Bestimmen eines PH-Werts realisiert sein. Mit anderen Worten überprüft der Gütesensor die Güte des Kondensats, bevor dieses in den Bereitstellungsbehälter gelangt. Gemäß der hier beschriebenen Weiterbildung ist eine Steuereinrichtung des Versorgungssystems dazu eingerichtet, ein Sperrventil an einem Einlass des Bereitstellungsbehälters in Abhängigkeit von dem Wert des erfassten Güteparameters zu öffnen und zu schließen. Es ist ebenso denkbar, dass zusätzlich der Güteparameter in dem oben genannten gesammelten Oberflächenwasser erfasst wird. Hierdurch wird in vorteilhafter Weise sichergestellt, dass ausschließlich Brauchwasser bereitgestellt wird, welches eine vorbestimmte Güte in Bezug auf eine chemische Zusammensetzung des Brauchwassers erfüllt.
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Eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass das Versorgungssystem einen Lüfter oder einen Ventilator oder ein Gebläse aufweist, welches dazu ausgebildet ist, dem Trocknungsmittel die Umgebungsluft in einem Luftstrom zuzuleiten.
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Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben eines Versorgungssystems mit einer Ladestation zum elektrischen Aufladen eines elektrischen Energiespeichers für ein zumindest teilweise elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug und mit einer Wasserbereitstellungsanlage. Die Ladestation umfasst dabei, wie oben beschrieben, einen Kühlkreislauf zum Abführen einer Prozesswärme der Ladestation. Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren weist die Wasserbereitstellungsanlage zumindest eine Luftentfeuchtungseinrichtung mit einem Trocknungsmittel und einem Kondensatbehälter auf. Das Trocknungsmittel nimmt in einem Verfahrensschritt Wassermoleküle aus einer Umgebungsluft auf und infolge einer Zufuhr thermischer Energie als Wasserdampf für den Kondensatbehälter wieder ab. Die Wasserbereitstellungsanlage ist hierbei über eine Koppeleinrichtung mit der Ladestation gekoppelt, wobei die Koppeleinrichtung in Abhängigkeit von einem Stellsignal das Trocknungsmittel der zumindest einen Luftentfeuchtungseinrichtung zumindest zeitweise thermisch mit dem Kühlkreislauf der Ladestation koppelt. Im gekoppelten Zustand wirkt die Prozesswärme der Ladestation als die thermische Energie zum Trocknen oder Regenerieren des Trocknungsmittels.
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Eine Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass das Trocknungsmittel erwärmt wird und durch die Erwärmung ein Temperaturgefälle zwischen einem Innenraum der Wasserbereitstellungsanlage und einem die Wasserbereitstellungsanlage umgebenden Außenraum hergestellt wird. Die Erwärmung des Trocknungsmittels kann zum Beispiel durch die Abwärme der Ladestation erfolgen, oder mittels einer exotherm ablaufenden chemischen Reaktion durch eine Anfangsbefeuchtung des Trocknungsmittels mittels des bereitgestellten Oberflächenwassers. Durch das hergestellte Temperaturgefälle wird die Umgebungsluft aus dem Außenraum in den Innenraum gesogen und so dem Trocknungsmittel zugeleitet. Hierdurch kann in vorteilhafter Weise auf einen Lüfter oder Ventilator oder ein Gebläse verzichtet werden.
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Zu der Erfindung gehören auch Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens, die Merkmale aufweisen, wie sie bereits im Zusammenhang mit den Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Versorgungssystems beschrieben worden sind. In analoger Weise gehören zu der Erfindung auch Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Versorgungssystems, die Merkmale aufweisen, wie sie bereits im Zusammenhang mit den Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens beschrieben worden sind. Aus diesem Grund sind die entsprechenden Weiterbildungen sowohl des erfindungsgemäßen Versorgungssystems, als auch des erfindungsgemäßen Verfahrens hier nicht noch einmal beschrieben.
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Die Erfindung betrifft darüber hinaus eine Ladestation für ein Versorgungssystem sowie eine Wasserbereitstellungsanlage für ein Versorgungssystem, welche dazu ausgelegt ist, mit einer Ladestation zusammenzuwirken und ein erfindungsgemäßes Verfahren durchzuführen. Die erfindungsgemäße Wasserbereitstellungsanlage weist mit anderen Worten die im Zusammenhang mit den Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Versorgungssystems beschriebenen Komponenten auf und ist dazu eingerichtet, mittels der Kopplungseinrichtung mit dem Kühlkreislauf der Ladestation gekoppelt zu werden.
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Auch für die Ladestation und die Wasserbereitstellungsanlage gilt, dass zu der Erfindung auch Weiterbildungen gehören, die Merkmale aufweisen, wie sie bereits im Zusammenhang mit den Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Versorgungssystems und/oder des erfindungsgemäßen Verfahrens beschrieben worden sind. Aus diesem Grund sind die entsprechenden Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Ladestation und der erfindungsgemäßen Wasserbereitstellungsanlage hier nicht noch einmal beschrieben.
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Die Erfindung umfasst auch die Kombinationen der Merkmale der beschriebenen Ausführungsformen.
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Im Folgenden sind Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben. Hierzu zeigt:
- 1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Versorgungssystems gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform;
- 2 eine schematische Detailansicht einer Filterstrecke einer erfindungsgemäßen Wasserbereitstellungsanlage gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform;
- 3 eine schematische Detailansicht eines Luftzustroms in den Innenraum einer erfindungsgemäßen Luftentfeuchtungseinrichtung gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform; und
- 4 eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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Bei den im Folgenden erläuterten Ausführungsbeispielen handelt es sich um bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung. Bei den Ausführungsbeispielen stellen die beschriebenen Komponenten der Ausführungsformen jeweils einzelne, unabhängig voneinander zu betrachtende Merkmale der Erfindung dar, welche die Erfindung jeweils auch unabhängig voneinander weiterbilden. Daher soll die Offenbarung auch andere als die dargestellten Kombinationen der Merkmale der Ausführungsformen umfassen. Des Weiteren sind die beschriebenen Ausführungsformen auch durch weitere der bereits beschriebenen Merkmale der Erfindung ergänzbar.
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In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen jeweils funktionsgleiche Elemente.
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1 zeigt ein erfindungsgemäßes Versorgungssystem 10 mit einer Ladestation 12 und einer Wasserbereitstellungsanlage 14. Die Ladestation 12 weist einen Kühlkreislauf 16 zum Abführen einer Prozesswärme der Ladestation 12 auf. Die Wasserbereitstellungsanlage 14 kann in einem Gehäuse der Ladestation 12 integriert angeordnet sein. Es ist allerdings auch denkbar, dass die Wasserbereitstellungsanlage 14 außerhalb der Ladestation 12 in deren Nähe aufgestellt ist.
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Die Wasserbereitstellungsanlage 14 der 1 weist beispielhaft zwei Luftentfeuchtungseinrichtungen 18 auf. Jede der Luftentfeuchtungseinrichtungen 18 der 1 weist ein Trocknungsmittel 20 und einen Kondensatbehälter 22 auf. Abweichend von der in 1 gezeigten Ausführungsform kann es auch vorgesehen sein, dass die beiden oder mehrere Luftentfeuchtungseinrichtungen 18 gemeinsam in einen einzigen Kondensatbehälter 22 einspeisen. Eine jeweilige Anordnung kann vom Fachmann gemäß der vorhandenen Bauraumsituation gewählt werden.
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Die in 1 gezeigten Trocknungsmittel 20 sind dazu ausgebildet, Wassermoleküle aus einer Umgebungsluft 24 aufzunehmen. Bevorzugt ist ein jeweiliges Trocknungsmittel 20 als ein sogenanntes Molekularsieb ausgestaltet. Bevorzugt ist das Molekularsieb als ein sogenannter Zeolith ausgestaltet. Ein Zeolith ist ein Alumosilikat, das dazu ausgebildet ist, innerhalb seines Kristallgitters Wassermoleküle einzulagern. Wird ein solcher Zeolith erwärmt, so findet eine sogenannte Regeneration statt. Hierbei werden die im Kristallgitter gebundenen Wassermoleküle wieder ausgetrieben und liegen in Form von Wasserdampf außerhalb des Zeolithen vor.
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Ein jeweiliges Trocknungsmittel 20 der 1 ist also dazu ausgebildet, Wassermoleküle aus der Umgebungsluft 24 aufzunehmen und infolge einer Zufuhr thermischer Energie als Wasserdampf für den Kondensatbehälter 22 abzugeben. Durch die hierdurch erfolgende Trocknung der Umgebungsluft 24 wird vorteilhaft ein Korrosionsschutz für die Ladestation 12 bereitgestellt.
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Die Wasserbereitstellungsanlage 14 der 1 ist über eine Koppeleinrichtung 26, welche in der in 1 gezeigten Ausführungsform zwei schaltbare Wärmeübertrager 28 umfasst, gekoppelt. Die Koppeleinrichtung 26, genauer die schaltbaren Wärmeübertrager 28 der Koppeleinrichtung 26, sind dazu eingerichtet, in Abhängigkeit von einem Stellsignal 30 das jeweilige Trocknungsmittel 20 einer jeden der in 1 dargestellten beiden Luftentfeuchtungseinrichtungen 18 thermisch mit dem Kühlkreislauf 16 der Ladestation 12 zu koppeln. Im gekoppelten Zustand wirkt die Prozesswärme der Ladestation 12 als thermische Energie zum Regenerieren der Trocknungsmittel 20. Hierdurch wird vorteilhaft die an der Ladestation 12 anfallende Abwärme oder Prozesswärme genutzt, um ein jeweiliges Trocknungsmittel 20 zu regenerieren.
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Die Koppeleinrichtung 26 der 1 ist bevorzugt dazu ausgebildet, die beiden in der 1 gezeigten Trocknungsmittel 20 in Abhängigkeit von dem Stellsignal 30 abwechselnd oder zumindest zeitweise abwechselnd thermisch mit dem Kühlkreislauf 16 der Ladestation 12 zu koppeln. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass die beiden in 1 gezeigten Luftentfeuchtungseinrichtungen 18 abwechselnd entweder Luftfeuchtigkeit aus der Umgebungsluft 24 aufnehmen oder durch die Prozesswärme der Ladestation 12 getrocknet werden, wodurch vorteilhaft Wasser bereitgestellt werden kann.
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Das Versorgungssystem 10 in der in 1 gezeigten Ausführungsform kann also beispielhaft folgendermaßen eingesetzt werden. Ein zumindest teilweise elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug 58 fährt das Versorgungssystem 10 mit der Ladestation 12 an. Ein Benutzer schließt das Kraftfahrzeug 58 an die Ladestation 12 elektrisch zum elektrischen Aufladen eines elektrischen Energiespeichers des Kraftfahrzeugs 58 an. Durch den Ladevorgang wird eine Prozesswärme oder Abwärme in der Ladestation 12 generiert. Das Versorgungssystem 10 erkennt den Ladevorgang und löst das Stellsignal 30 aus. In Abhängigkeit von dem Stellsignal 30 koppelt die Koppeleinrichtung 26 das mit Wassermolekülen beladene Trocknungsmittel 20 der ersten Luftentfeuchtungseinrichtung 18 der Wasserbereitstellungsanlage 14, beispielsweise durch Aktivieren des schaltbaren Wärmeübertragers 28, mit dem Kühlkreislauf 16 der Ladestation 12. Durch die hierdurch erfolgende Erwärmung oder Aufheizung des Trocknungsmittels 20 wird das Wasser oder die Wassermoleküle aus dem Trocknungsmittel 20 ausgetrieben und als Wasserdampf in den Kondensatbehälter 22 geleitet. Das Trocknungsmittel 20 der in 1 dargestellten zweiten Luftentfeuchtungseinrichtung 18 wird hingegen weiter mit Wassermolekülen aus der Umgebungsluft 24 beladen. Sobald der zu diesem Zeitpunkt mit dem Kühlkreislauf 16 der Ladestation 12 gekoppelte Zeolith oder das Trocknungsmittel 20 vollständig regeneriert ist, koppelt die Koppeleinrichtung 26 den regenerierten Zeolithen von dem Kühlkreislauf 16 ab und koppelt das zwischenzeitlich beladene Trocknungsmittel 20 der zweiten Luftentfeuchtungseinrichtung 18 mit dem Kühlkreislauf 16. Die beschriebene Abfolge kann bevorzugt jeweils wechselseitig durchgeführt werden, wodurch bei jedem Ladevorgang Prozesswasser oder Brauchwasser, insbesondere demineralisiertes Brauchwasser, für das Kraftfahrzeug 58 bereitgestellt werden kann.
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1 zeigt darüber hinaus einen Sammelbehälter 32 zum Sammeln von Oberflächenwasser. Oberflächenwasser kann beispielsweise in Form von Niederschlag oder Regen vorliegen. Darüber hinaus zeigt 1 einen Bereitstellungsbehälter 34, welcher hydraulisch mit dem Sammelbehälter 32 und mit den jeweiligen Kondensatbehältern 22 der Luftentfeuchtungseinrichtungen 18 verbunden ist. Hierbei ist zwischen dem Sammelbehälter 32 und dem Bereitstellungsbehälter 34 ein Filterkreislauf 36 zwischengeschaltet. An einem in Fließrichtung hinter dem Filterkreislauf befindlichen Einspeisepunkt 38 wird ein Kondensat 40 aus den Kondensatbehältern 22 in die hydraulische Verbindung zwischen Sammelbehälter 32 und Bereitstellungsbehälter 34 eingespeist. In Fließrichtung hinter dem Einspeisepunkt 38 ist eine Filterstrecke 42 hydraulisch zwischengeschaltet. Die Filterstrecke 42 umfasst in der in 1 gezeigten Ausführungsform einen Gütesensor 44. Der Gütesensor 44 kann dazu eingerichtet sein, zumindest einen Wert eines eine chemische Zusammensetzung des Kondensats 40 und/oder des gefilterten Oberflächenwassers zu erfassen. Eine nicht in 1 gezeigte Steuereinrichtung des Versorgungssystems 10 kann dazu eingerichtet sein, ein Sperrventil 48 an einem Einlass des Bereitstellungsbehälters 34 in Abhängigkeit von dem Wert des erfassten Güteparameters zu öffnen und zu schließen. Hierdurch wird in vorteilhafter Weise nur gütegeprüftes Wasser in den Bereitstellungsbehälter 34 eingeleitet.
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Unter Bezugnahme auf die im Zusammenhang mit 1 gezeigten und beschriebenen Komponenten zeigt 2 nun eine schematische Detailansicht der beschriebenen Behälteranordnung aus Kondensatbehälter 22 und Bereitstellungsbehälter 34. Der in 2 gezeigte Kondensatbehälter 22 weist einen Befüllstutzen 50 auf. Durch den Befüllstutzen 50 werden die als Wasserdampf vorliegenden Wassermoleküle aus der Umgebungsluft 24 von dem Trocknungsmittel 20 in den Kondensatbehälter 22 eingeleitet. Dort kondensiert der Wasserdampf zu dem Kondensat 40. Die zwischen dem Kondensatbehälter 22 und dem Bereitstellungsbehälter 34 in 2 zwischengeschaltete Filterstrecke 42 umfasst beispielhaft eine Spülpumpe 52, einen Partikelfilter 54, einen Ionentauscher 56 sowie den genannten Gütesensor 44. Aus dem Bereitstellungsbehälter 34 erfolgt dann bevorzugt die Weiterleitung des so gefilterten und geprüften Wassers als Brauchwasser für das Kraftfahrzeug 58.
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3 zeigt nun eine schematische Detailansicht einer Luftentfeuchtungseinrichtung 18, wobei in 3 der Einfachheit halber in der Luftentfeuchtungseinrichtung 18 nur ein Trocknungsmittel 20 und kein Kondensatbehälter 22 dargestellt ist. Dem in 3 gezeigten Ausführungsbeispiel kann beispielhaft die Situation zugrunde liegen, dass das Trocknungsmittel 20 erwärmt wird, wozu es zu einem Temperaturgefälle zwischen der Umgebungsluft 24 und einem Innenraum 60 der Wasserbereitstellungsanlage 14 kommen kann. Das Temperaturgefälle stellt sich insbesondere zwischen dem Innenraum 60 und einem die Wasserbereitstellungsanlage 14 umgebenden Außenraum 62 ein. Das Temperaturgefälle bewirkt, dass die Umgebungsluft 24 aus dem Außenraum 62 in den Innenraum 60 eingesogen wird. Hierdurch kann in vorteilhafter Weise auf einen Lüfter oder ein Gebläse verzichtet werden, welches ansonsten dafür eingesetzt werden müsste, die Umgebungsluft 24 dem Trocknungsmittel 20 zuzuleiten.
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4 zeigt nun unter Bezugnahme auf die im Zusammenhang mit den 1 bis 3 gezeigten und beschriebenen Komponenten eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens. In einem ersten Verfahrensschritt S1 wird eine Wasserbereitstellungsanlage 14 mit zumindest einer Luftentfeuchtungseinrichtung 18 mit einem Trocknungsmittel 20 und einem Kondensatbehälter 22 bereitgestellt. In einem Verfahrensschritt S2 nimmt das Trocknungsmittel 20 Wassermoleküle aus einer Umgebungsluft 24 auf. In einem weiteren Verfahrensschritt S3 wird dem Trocknungsmittel 20 thermische Energie zugeführt, wodurch dieses die aufgenommenen Wassermoleküle als Wasserdampf für den Kondensatbehälter 22 abgibt. Die Koppeleinrichtung 26 koppelt hierzu in einem Verfahrensschritt S4 in Abhängigkeit von einem Stellsignal 30 das Trocknungsmittel 20 zumindest zeitweise thermisch mit dem Kühlkreislauf 16 der Ladestation 12, wobei im gekoppelten Zustand die Prozesswärme der Ladestation 12 als die thermische Energie zur Regeneration des Trocknungsmittels 20 wirkt.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ermöglicht es das erfindungsgemäße Versorgungssystem 10, neben der elektrischen Ladung der Batterie des Kraftfahrzeugs 58 auch demineralisiertes Prozesswasser zu generieren und bereitzustellen. Aktuell verfügbare Ladesäulen oder Ladestationen 12 müssen aufgrund der hohen Ladeleistung mit einer Wasserkühlung oder einem Kühlkreislauf 16 ausgerüstet werden um die hohen auftretenden Ladeströme entsprechend wegkühlen zu können. Die dabei entstehende Abwärme wird in der Regel noch nicht effizient genutzt.
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In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Versorgungssystems 10 sind daher mindestens zwei wechselseitig schaltbare Zeolithen, durch die über ein Gebläse Umgebungsluft 24 und die darin enthaltene Luftfeuchtigkeit eingelagert wird, vorgesehen. Wenn ein Ladevorgang eines batteriebetriebenen Fahrzeugs oder Kraftfahrzeugs 58 gestartet wird, wird ein Zeolith mit dem Kühlkreislauf 16 des Ladegerätes oder der Ladestation 12 gekoppelt. Durch die Aufheizung des Zeolithen wird das Wasser aus dem Zeolithen ausgetrieben und in ein Kondensatsammelbecken oder einen Kondensatbehälter 22 geleitet. Der zu diesem Zeitpunkt nicht beheizte Zeolith wird weiter mit Luftfeuchte aus der Umgebungsluft 24 beladen. Wenn der beheizte Zeolith getrocknet ist, wird umgeschaltet und der „kalte“ und beladene Zeolith mit dem Kühlkreislauf 16 gekoppelt, um das Wasser auszutreiben. Dieser Prozess läuft jeweils wechselseitig und stellt somit bei jedem Ladevorgang „sauberes Prozesswasser“ her, das beispielsweise für die Scheiben-/ Sensorreinigung des Kraftfahrzeugs 58 zur Verfügung gestellt werden kann. Die Wassergewinnung läuft also ohne separaten Energieaufwand während des elektrischen Ladens mit, da die thermische Energie reine Sekundärwärme des Kühlkreises oder Kühlkreislaufs 16 ist. Wenn man die Wassergewinnung permanent mitlaufen lässt, ist es sogar möglich, den eigentlichen Kühlkreislauf 16 der Ladesäule oder Ladestation 12 kleiner und somit kostengünstiger zu dimensionieren, da die spezifische Wärmekapazität / Kühlleistung der Zeolithen abgezogen werden kann.
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Wenn die Ladestation 12 nicht aktiv ist, wird Oberflächenwasser (Regenwasser) ebenso wie auch Luftfeuchte, die durch freie Kavitation oder durch ein Gebläse in die Zeolithen eingelagert werden kann, gesammelt. Sind beide Zeolithen beladen, bleibt die Säule oder Ladestation 12 inaktiv bis zum Beginn des nächsten Ladevorganges. Durch den Ladevorgang erhitzt sich der Kühlkreislauf 16 der Ladesäule oder Ladestation 12 und der erste der mit Wasser beladenen Zeolithen wird durch den Kühlkreislauf 16 aufgeheizt. Das in dem Zeolithen gespeicherte Wasser wird ausgetrieben und in einem Kondensator oder Kondensatbehälter 22 gesammelt. Wenn der erste Zeolith entladen ist, wird der Kühlkreislauf 16 so umgeschaltet, dass der andere (noch beladene) Zeolith erhitzt und das gespeicherte Wasser ausgetrieben wird. Der bereits entladene Zeolith kühlt ab und kann dann wieder mit Oberflächenwasser oder Luftfeuchte beladen werden. Das gesammelte Wasser wird in einem Kondensatbecken oder Kondensatbehälter 22 gesammelt. Eine Pumpe oder Spülpumpe 52 fördert das gewonnene Kondensat 40 durch einen Partikelfilter 54 und einen nachgeschalteten Ionentauscher 56, wodurch das Wasser gereinigt und demineralisiert wird. Ein Wasserbehälter oder Bereitstellungsbehälter 34 speichert das so gewonnene reine Wasser bis zur Abgabe an das Kraftfahrzeug 58 oder einen Kraftfahrzeuginsassen.
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Die Abgabe an das Kraftfahrzeug 58 oder den Kraftfahrzeuginsassen kann mittels eines Wasserhahnes oder mittels eines Schlauches direkt in den entsprechenden Füllstutzen einer Fahrzeugreinigungsanlage erfolgen.
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Eine weitere Anwendungsmöglichkeit ergibt sich durch eine Kopplung des erfindungsgemäßen Versorgungssystems 10 mit einem Kraftfahrzeug 58, wenn dieses mit einem Onboard Wassermanagement System ausgerüstet ist.
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Mittels Schlauch und definierter Schnittstelle zum Kraftfahrzeug 58 (Befüllstutzen) wird eine dichte Verbindung zwischen dem Versorgungssystem 10 und dem Kraftfahrzeug 58 hergestellt. Das während des Ladevorgangs generierte Wasser wird mittels einer elektrischen Förderpumpe zum Kondensatbehälter des Kraftfahrzeug 58 gefördert. Das Wassermanagement System des Kraftfahrzeug 58 erkennt den Betankungswunsch und schaltet die Ventile des Onboard Wassermanagement Systems so, dass alle zur Verfügung stehenden Behälter gespült und in einer Parallel-, oder je nach Ventilstellung Reihenschaltung gefüllt werden.
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Durch das erfindungsgemäße Versorgungssystem 10 wird eine Möglichkeit bereitgestellt, die bei einem Ladevorgang anfallende Wärme oder Abwärme für die Bereitstellung notwendiger Reinigungsmedien automatisch zu generieren.
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Insgesamt zeigen die Beispiele, wie durch die Erfindung die Wassergewinnung durch Nutzung von Sekundärwärme oder Abwärme oder Prozesswärme beim Batterieladeprozess von Batteriefahrzeugen oder zumindest teilweise elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugen bereitgestellt werden kann.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- CN 108621837 A [0003]
- CN 208576447 U [0004]
- DE 102017216688 A1 [0005]
