CN112154078A - 用于机动车的电池的充电线束装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于机动车的电池(2)的充电线束装置(4)，所述充电线束装置包括充电线束(7)，该充电线束具有至少一条导线(8)以及相应的在电池(2)的侧的端部和用于连接到车辆外部的充电站上的端部，并且在该充电线束中设置有能被冷却流体穿流的冷却通道(9)，其中，能够通过设置在车辆侧的冷却装置给所述冷却通道(9)供应冷却流体。

Description

用于机动车的电池的充电线束装置

技术领域

本发明涉及一种根据独立权利要求的前序部分所述的用于机动车的电池的充电线束装置。

背景技术

由US 2016/0200206 A1已知一种用于可电运行的车辆的充电系统。该充电系统包括能量源和线缆，该线缆的一端固定在能量源上并且另一端与充电系统的连接元件连接。该连接元件可与可电运行的机动车的充电接头连接，以便给机动车充电。这意味着，充电系统是车辆外部的充电系统，借助该充电系统可提供用于对机动车充电的电能。在此规定，借助冷却回路来冷却线缆和连接元件，使得充电系统能够以特别高的功率为机动车提供电能。

如果充电系统以特别高的功率提供电能，则机动车的充电速度可取决于机动车针对电能的最大接收功率。

发明内容

因此，本发明的任务在于提供一种用于机动车的电池的充电装置，该充电装置能实现机动车的特别高的电能接收功率。

根据本发明，所述任务通过具有独立权利要求的特征的用于机动车的电池的充电线束装置来解决。本发明的有利的实施方式是从属权利要求和说明书的技术方案。

本发明涉及一种用于机动车的电池的充电线束装置，该充电线束装置也可被称为导线束(Leitungssatz)，所述充电线束装置包括充电线束，该充电线束具有至少一条导线(所述导线尤其是充电线缆)以及相应的在电池的侧的端部和用于连接到车辆外部的充电站上的端部。所述电池尤其是高压蓄能器，借助该高压蓄能器可将电能提供给机动车的电驱动装置，以便电驱动机动车。所述机动车尤其是可电运行的汽车、尤其是可电运行的轿车。在充电线束中设置有能被冷却流体穿流的冷却通道。

为了实现机动车的特别高的电能接收功率，根据本发明规定，能够通过设置在车辆侧的冷却装置给所述冷却通道供应冷却流体。充电线束因此将车辆侧的充电接口与机动车的电池电连接，所述车辆侧的充电接口可与车辆外部的充电站的相对应的连接元件连接。因此，所述至少一条导线可分别与电池(该电池尤其是高压蓄能器)和车辆侧的充电接口(该充电接口也可称为充电元件并且尤其是充电插座)电连接。包括所述至少一条导线的充电线束例如具有两个连接元件，其中，各一个连接元件设置在充电线束的相应端部上。充电线束可通过所述连接元件与电池电连接并且与车辆侧的充电接口电连接以传输电能。为了冷却充电线束装置，所述至少一条导线具有能被冷却流体穿流的冷却通道。冷却通道例如与连接元件流体连接。作为冷却流体尤其是使用液体、特别是水-乙二醇混合物。总之，充电线束因此借助冷却流体被冷却，从而充电线束可将特别高的电功率从车辆侧的充电接口传输给电池。充电线束中所传输的电能的传输功率越高，作为传输介质的充电线束中的温度升高就越多。因此，如果传输介质没有被冷却，则传输介质的最高温度预设了传输介质的最大电能传输功率。如果尤其是借助冷却流体主动地从传输介质中去除热量并且由此从充电线束中去除热量，则可实现特别高的电能传输功率，因为与未冷却的传输介质相比，传输介质在传输电能时由于冷却而不那么强地加热，并且因此在与未冷却的传输介质相比更高的最大传输功率下才达到最高温度。因此，冷却的充电线束装置能实现从车辆侧的充电接口到机动车的电池的特别高的电能传输功率。充电线束的冷却因而使机动车对于从充电站接收的电能具有特别高的接收功率。因此，尤其是在充电站以特别高的充电功率提供电能的情况下，机动车的电池可特别快速地充电。

已证明特别有利的是，充电线束具有正好两条导线。换句话说，电池和车辆侧的充电接口通过两条导线彼此连接。所述导线在此从电池并联延伸到车辆侧的充电接口。每条导线均具有冷却通道，从而与导线的传输功率有关地可实现冷却通道的特别大的冷却表面。

在本发明的另一种有利的实施方式中，在各端部中的一个端部上设置有换向装置，冷却流体能够借助该换向装置从导线中的至少一条导线换向到导线中的至少另一条导线中。换句话说，借助换向装置(该换向装置也可称为冷却回路换向器)将从一条导线接收到的冷却流体从导入到另一条导线中。因此，冷却流体从电池向车辆侧的充电接口方向流入第一导线中，并且冷却流体从车辆侧的充电接口向电池方向流入另一条导线中。换向装置可设置在充电线束的与电池相配设的端部上或与车辆侧的充电接口相配设的端部上。换向装置例如设置在连接元件之一中、尤其是设置在可与车辆侧的充电接口连接的连接元件中。替代地，换向装置可集成在充电接口中。由于换向装置，冷却流体在各导线中的流动方向在相反的方向上延伸。由此，可实现U形的冷却流体引导部，该冷却流体引导部与冷却装置一起形成闭合的冷却回路。在多条导线的情况下，可设置多个换向装置，以便在电池和车辆侧的充电接口之间的冷却通道上曲折状地引导冷却流体。换向装置使得充电线束装置可通过唯一的冷却回路被冷却。因而，借助换向装置能实现对充电线束或线束装置的特别简单的冷却。

在本发明的另一种有利的实施方式中，在各端部中的一个端部上设置有冷却流体入口和冷却流体出口，充电线束通过所述冷却流体入口和冷却流体出口与冷却装置流体连接。这意味着，例如连接元件中的一个连接元件具有换向装置，而连接元件中的另一个连接元件具有冷却流体入口和冷却流体出口。通过冷却流体入口和冷却流体出口，来自冷却通道的冷却流体可与充电线束的周围进行交换。尤其是，冷却流体可通过冷却流体入口和冷却流体出口在充电线束和冷却装置之间进行交换。尤其是，冷却通道可通过冷却流体入口和冷却流体出口与冷却装置连接。冷却流体入口和冷却流体出口可设置在同一连接元件上或分别设置在连接元件之一上并且因此设置在不同的连接元件上。将冷却流体入口和冷却流体出口设置在同一连接元件上具有下述优点：如果冷却装置设置得特别靠近具有冷却流体入口和冷却流体出口的连接元件，则可将冷却流体入口和冷却流体出口与冷却装置的相应连接设计得特别短。冷却流体入口和冷却流体出口能实现冷却流体的特别有利的导入和冷却流体从充电线束中的特别有利的取出。冷却流体入口和冷却流体出口能以有利的方式将冷的冷却流体供应到冷却通道中并且将变热的冷却流体从冷却通道中取出。由此，可实现充电线束的持续冷却。

已证明特别有利的是，所述至少一条导线具有用于引导冷却流体的中央的冷却流体软管、用于传导电能的内部导体、屏蔽部以及至少一个绝缘部。这意味着，导线中的至少一条导线、尤其是每条导线均具有居中设置的、由塑料制成的、尤其是在相应导线的整个长度上延伸的冷却流体软管，该冷却流体软管提供冷却通道。在冷却流体软管外侧，内部导体可贴靠在冷却流体软管上，该内部导体例如具有35平方毫米的横截面面积和/或由铜制成。内部导体尤其是应理解为高压导线。内部导体可被第一绝缘部包围，所述第一绝缘部使内部导体向外部绝缘。在第一绝缘部的外周侧或直接贴靠在内部导体上地可设置屏蔽部，该屏蔽部尤其是包括由镀锌的铜制成的屏蔽编织物。在屏蔽部外侧可设置第二绝缘部，所述第二绝缘部例如由硅酮橡胶制成。内部导体和屏蔽部以及各个绝缘部都可完全地在周侧以及在其整个长度上向外部覆盖冷却流体软管。在内部导体的横截面面积给定时，被内部导体在周侧包围的设置在中央的冷却通道与内部导体具有特别大的接触面，从而可通过冷却通道将特别多的热量从内部导体带走。因此，这种导线可特别有效地被冷却。

在导线的一种替代实施方式中，所述至少一条导线具有中央的导线芯，该中央的导线芯被至少一条冷却流体软管螺旋状地缠绕。这意味着，导线芯居中地在导线内在其整个长度上延伸。导线芯尤其可以是单芯的内部导体。该内部导体尤其是应理解为高压导线。导线芯沿其纵向延伸方向被至少一条冷却流体软管缠绕，从而导线芯可在周侧借助提供冷却通道的冷却流体软管而通过冷却流体来冷却。尤其是在使用多个螺旋状缠绕导线芯的冷却流体软管的情况下，螺旋状缠绕导线芯的冷却流体软管能实现围绕导线芯的多股流(mehrflutig)的螺旋线状的绕流。尤其是，在通过多个冷却流体软管多股流地绕流导线芯的情况下，可通过冷却流体的相应温度或通过引导冷却流体穿过冷却流体软管来调节导线芯的冷却。尤其是，螺旋状地缠绕导线芯的所述多个冷却流体软管可这样相互连接，使得可在相应导线的整个长度上实现相应导线的恒定冷却。具有中央的导线芯的导线尤其是向外部屏蔽和绝缘的。

在本发明的另一种有利的实施方式中规定，为了与电池交换冷却流体，充电线束的与电池相配设的端部能够与电池流体耦联。这意味着，与电池连接的连接元件具有冷却流体入口和冷却流体出口。充电线束可通过冷却流体入口和冷却流体出口与电池流体地耦联。例如既具有冷却流体入口又具有冷却流体出口的连接元件以及电池具有相应的电接口和流体接口，这些接口在充电线束与电池连接时可彼此耦联。因此，通过将充电线束与电池耦联，在充电线束和电池之间既产生了流体连接又产生了电连接。通过充电线束与电池之间的电连接可将借助车辆侧的充电接口接收的且经由充电线束传输的电能传输给电池。通过电池与充电线束之间的流体连接可在电池和充电线束之间交换冷却流体。因而，冷却通道可连接到电池的电池冷却系统上。因此，可通过电池冷却系统共同地冷却电池和充电线束。所述冷却装置例如是电池冷却系统，充电线束的冷却通道与其形成闭合的冷却回路。因此，通过电池冷却系统能够以有利的方式共同地冷却电池和充电电流。

在本发明的一种替代实施方式中规定，所述充电线束能够在所述电池被绕过的情况下与冷却装置流体耦联。因此，车辆侧的冷却装置设置在电池外部。因此，通过具有冷却流体入口和冷却流体出口的连接元件，充电线束可仅与电池电耦联。冷却流体在电池被绕过的情况下通过冷却流体入口供应给冷却通道并且通过冷却流体出口在电池被绕过的情况下从冷却通道中取出。因此，充电线束和电池在流体方面彼此独立。当充电线束和电池具有不同的冷却要求时，这尤为有利。相应的冷却要求可借助电池冷却系统的电池冷却回路以及借助充电线束装置专门与充电线束或与电池相协调并且因此可特别有利地实现。

充电线束装置尤其是可与用于可电运行的机动车的充电系统结合使用。除了充电线束装置之外，充电系统还可包括车辆侧的电池(借助所述车辆侧的电池可为机动车的驱动装置提供电能)以及车辆侧的充电接口、尤其是车辆侧的充电插座，所述车辆侧的充电接口可与车辆外部的能量源的连接元件连接以对电池进行充电。

本发明的其它特征由权利要求、附图和附图说明得出。上面在说明书中提到的特征和特征组合以及下面在附图说明中提到和/或在附图中单独示出的特征和特征组合不仅能够以相应所给出的组合使用，而且也能够以其它组合或单独地使用。

附图说明

现在借助优选的实施例并参考附图详细阐述本发明。附图中：

图1示出具有用于提供电能以使机动车运行的电池的充电系统的示意图，该充电系统包括：车辆侧的充电接口，借助所述车辆侧的充电接口可从充电站接收电能；以及充电线束装置，借助所述充电线束装置可将通过车辆侧的充电接口接收的电能传输给电池，为了实现从车辆侧的充电接口到电池的特别高的电能传输功率，所述充电线束装置具有能被冷却流体穿流的冷却通道，该冷却通道与机动车的冷却装置一起形成在流体方面绕过电池的冷却回路；

图2示出一种替代实施方式中的充电线束装置的与电池连接的端部的局部示意图，该充电线束装置的冷却通道与电池既电连接又流体连接，从而充电线束装置通过冷却流体与电池的电池冷却系统流体连接；

图3示出充电线束装置的一条导线的示意性剖面图和示意性层图，冷却流体软管在该导线中央延伸，所述冷却流体软管在周侧且在导线的整个长度上被用于传导电能的内部导体包围；

图4示出充电线束装置的一条导线的示意性剖面图和示意性层图，内部导体设置在该导线中央，所述内部导体被多个用于冷却内部导体的冷却流体软管螺旋线状地缠绕；和

图5示出电池和充电线束装置局部的示意性透视图，其中设置有第二连接元件，该第二连接元件可与电池的组件接头连接。

具体实施方式

图1示出充电系统1，借助该充电系统可能够对可电运行的机动车的电池2进行充电。借助电池2可为机动车的电驱动装置提供电能，以便驱动机动车，该机动车尤其是电动车辆。为了给电池2充电，机动车应与车辆外部的充电站连接，该充电站为机动车提供电能。在此，充电站可传导地或感应地为机动车提供电能。机动车具有车辆侧的充电接口3，借助该充电接口可接收由充电站提供的电能。

为了将电能从当前构造为充电插座的车辆侧的充电接口3传输到电池2，设置有充电线束装置4。该充电线束装置4当前具有第一连接元件5和第二连接元件6。第一连接元件5设置在充电线束装置4的一个第一端部上，并且第二连接元件6设置在充电线束装置4的另一个第二端部上。通过第一连接元件5，充电线束装置4可与车辆侧的充电接口3连接。通过从车辆侧的充电接口3到第一连接元件5的电连接，借助车辆侧的充电接口3从充电站接收的电能可被传输到充电线束装置4上。第二连接元件6可与机动车的电池2电连接，以便为电池2提供电能。在此，电能借助充电线束装置4从第一连接元件5传导至第二连接元件6。经由可与电池2电连接的第二连接元件6为电池2提供电能。

充电线束装置4当前除了连接元件5、6之外还包括充电线束7，各连接元件5、6通过该充电线束彼此连接。充电线束7又包括两条导线8，它们分别构造用于传输电能。为了能够借助充电线束7以特别高的传输功率将电能从车辆侧的充电接口3传输给电池2，各导线8具有相应的冷却通道9，所述冷却通道能够被冷却流体穿流以冷却充电线束装置4。通过附图中未示出的设置在车辆侧的冷却装置能够给冷却通道9供应冷却流体。

结合图3进一步说明导线8的结构。

设置在导线8中的冷却通道9与冷却装置一起形成闭合的冷却回路用以冷却充电线束装置4。为了提供闭合的冷却回路，第一连接元件5具有换向装置10，从导线8中的一条导线流出的冷却流体可借助该换向装置换向到另一条导线8中。因此，通过导线8在充电线束装置4中进行U形的冷却流体引导。冷却流体在相反的方向上穿流导线8，其中，冷却流体穿过导线中的第一导线8的第一导流方向平行于第二导线8中的导流方向延伸，并且第二导线8中的冷却流体的流动方向反向于第一导线8中的导流方向延伸。

为了将冷却流体导入充电线束7中，第二连接元件6具有冷却流体入口11，冷却流体可经由该冷却流体入口流入充电线束7中。为了从充电线束7中取出冷却流体，第二连接元件6具有冷却流体出口12，冷却流体可经由该冷却流体出口从充电线束7中取出。冷却流体尤其是可经由冷却流体入口11被供应给充电线束装置4，并且冷却流体可经由冷却流体出口12从充电线束装置4中取出。

如图1所示，在第一实施方式中，第二连接元件6构造为，使得充电线束装置通过第二连接元件6与电池2电耦联。在此，在第一实施方式中，冷却流体在绕过电池2的情况下被供应给充电线束装置4并从充电线束装置取出。

在图2中示出替代的第二实施方式中的第二连接元件6，其中，充电线束装置4通过第二连接元件6不仅可与电池2流体地耦联，而且可与电池电耦联。尤其是，冷却流体入口11和冷却流体出口12可通过第二连接元件6与电池2的电池冷却系统13连接，以便与电池冷却系统13交换冷却流体。因而，冷却装置可以是电池冷却系统13或不同于电池冷却系统13的车辆内部的冷却系统、尤其是车辆侧的冷却回路。

在图3中以剖面图和层图示出第一实施方式中的导线8。导线8可以是按米出售的货品(Meterware)。在第一实施方式中，导线8具有设置在中央的冷却通道9，该冷却通道由塑料制成的冷却流体软管14提供。冷却流体软管14尤其是可由最高温度为180摄氏度的全氟烷氧基聚合物或由最高温度为150摄氏度的聚酰胺塑料制成。中央的冷却流体软管14可被内部导体15包围，该内部导体构造用于传导电能。内部导体15可由铜制成并且具有35平方毫米的横截面。内部导体15向外部被第一绝缘部16覆盖。第一绝缘部16又向外部被由镀锌的铜制成的、作为屏蔽部17的屏蔽编织物覆盖。导线8具有由硅酮橡胶制成的第二绝缘部18作为最外层。

在导线8的图4中所示的替代实施方式中，导线8可包括单芯的屏蔽的高压导线作为内部导体15。在此，内部导体15被多股流螺旋线状地绕流。当前，内部导体15被四个冷却流体软管14螺旋状地缠绕。在这些冷却流体软管14中流动的流体可在彼此相反的方向上流动并且因此沿着相配设的导线8的纵向延伸方向对流流动。如图4中所示，在该实施方式中，导线8也可具有第一绝缘部16、屏蔽部17和第二绝缘部18。

图5示出具有组件接头19(Aggregateanschluss)的电池2以及具有第二连接元件6的充电线束装置4的局部。如图5中可以看出的，组件接头19和第二连接元件6具有彼此对应的电接触部20、22。为了将充电线束装置4与电池2电连接，将第二连接元件6的第一电接触部20插入电池2的第二电接触部22中。

所描述的充电系统1基于下述认识：在对电动车辆充电时，相应的电线中的温度发展表明为功率限制。在此，电线的温度发展确定充电时间的下限。电线的相应冷却允许特别高的电流并且因此允许特别高的功率及特别短的充电时间。电流路径中的另一关键部位是电流导体之间的接触部位。由于通过接触面产生更高的电阻，因此在接触部位上会发生强烈的热发展。

充电线束装置4使得导线8和连接元件5、6都能够通过换向装置10或冷却流体入口11和冷却流体出口12而得到冷却，以便在充电线束装置4中能实现特别高的电能传输功率。

充电系统1包括导线8的按米出售的货品、两个尤其可以是相应插头的连接元件5和6、构造为充电插座的车辆侧的充电接口3以及具有组件接头19的电池2，通过该组件接头，第二连接元件6可与电池2连接，并且该组件接头尤其是适配器。在第一实施方式中，组件接头19是具有电接头的双极的高压组件接头。

第二连接元件6除了具有用于电流的接触部——通过所述接触部能够为电池2提供电流——之外还具有两个冷却流体接口、当前为冷却流体入口11和冷却流体出口12。第二连接元件6在附图中以两种不同的实施方式示出。在图1中所示的第一实施方式中，冷却流体入口11和冷却流体出口12侧向地从第二连接元件6伸出并且尤其是背离电池2的组件接头19指向。因此，冷却流体入口11和冷却流体出口12在一个单独的工序中连接到冷却装置上。内部导体15通过圆形卷曲(Rundcrimp)所产生的电接触部允许冷却流体软管14在第二连接元件6中伸出于该接触部并且因此继续单独地敷设。

在如图2中所示的第二连接元件6的替代的第二实施方式中，冷却流体入口11和冷却流体出口12集成到连接元件6的壳体中并且在与第二连接元件6的电流接头相同的方向上定向。冷却流体入口11和冷却流体出口12可通过快速耦联装置与电流接触部共同在一个工序中与组件接头19连接，以便连接到电池2上。在此，第二连接元件6的两种不同的接触部、即电接触部和流体接触部通过密封件彼此分开。另外，各个电接触部可彼此密封，并且各个流体接触部可彼此密封。在第二实施方式中，组件接头19构造为具有电接头和流体接头的双极的高压组件接头。

第一连接元件5允许充电线束装置4连接到常规的、未冷却的电流系统上。冷却流体回路通过第一连接元件5中的换向装置换向。当前，在第一连接元件5中未设置冷却流体的外部供应或从充电线束装置4中排出。由此，充电线束装置4可灵活地使用并且可与传统的电流系统组合。第一连接元件5具有用于冷却流体的换向装置10和用于电流的接触部，以便将第一连接元件5与车辆侧的充电接口3电接触。尤其是，第一连接元件5可直接与车辆侧的充电接口3连接。

充电线束装置4能在特别小的空间需求的情况下以小的功能和结构上的集成耗费实现统一的总系统，该总系统可被共同地冷却。此外，充电线束装置4实现了特别高的电能传输功率。在此，充电线束装置4能实现特别高的稳态充电功率和特别高的瞬态运行负载。对于预定的充电能量，可借助充电线束装置4实现特别短的充电时间。另外，与具有相同负载的未冷却的导线束相比，充电线束装置4具有特别小的重量。此外，与具有相同负载的未冷却的导线相比，充电线束装置4具有特别低的单件成本。与具有相同负载的内部导体相比，特别是由于在冷却设计的情况下内部导体15的横截面特别小，实现了充电线束装置4的重量优势和单件成本优势。

除了将电池2与充电接口3连接之外，电池还可通过另一充电线束装置4与电机连接，所述电机构造用于电动地运行、尤其是驱动机动车。尤其是，机动车内的多个电气部件可通过相应的充电线束装置4彼此至少电连接、尤其是电连接且流体连接。

附图标记列表

1 充电系统

2 电池

3 充电接口

4 充电线束装置

5 第一连接元件

6 第二连接元件

7 充电线束

8 导线

9 冷却通道

10 换向装置

11 冷却流体入口

12 冷却流体出口

13 电池冷却系统

14 冷却流体软管

15 内部导体

16 绝缘部

17 屏蔽部

18 绝缘部

19 组件接头

20 第一电接触部

22 第二电接触部

Claims (8)

1.用于机动车的电池(2)的充电线束装置(4)，所述充电线束装置包括充电线束(7)，该充电线束具有至少一条导线(8)以及相应的在电池(2)的侧的端部和用于连接到车辆外部的充电站上的端部，并且在该充电线束中设置有能被冷却流体穿流的冷却通道(9)，其特征在于，能够通过设置在车辆侧的冷却装置给所述冷却通道(9)供应冷却流体。

2.根据权利要求1所述的充电线束装置(4)，其特征在于，所述充电线束(7)具有正好两条导线(8)。

3.根据权利要求1或2所述的充电线束装置(4)，其特征在于，在各端部中的一个端部上设置有换向装置(10)，冷却流体能够借助该换向装置从导线(8)中的至少一条导线换向到导线(8)中的至少另一条导线中。

4.根据前述权利要求中任一项所述的充电线束装置(4)，其特征在于，在各端部中的一个端部上设置有冷却流体入口(11)和冷却流体出口(12)，充电线束(7)通过所述冷却流体入口和冷却流体出口与冷却装置流体连接。

5.根据前述权利要求中任一项所述的充电线束装置(4)，其特征在于，所述至少一条导线(8)具有用于引导冷却流体的中央的冷却流体软管(14)、用于传导电能的内部导体(15)、屏蔽部(17)以及至少一个绝缘部(16、18)。

6.根据权利要求1至4中任一项所述的充电线束装置(4)，其特征在于，所述至少一条导线(8)具有中央的导线芯，该中央的导线芯被至少一条冷却流体软管(14)螺旋状地缠绕。

7.根据前述权利要求中任一项所述的充电线束装置(4)，其特征在于，为了与电池(2)交换冷却流体，充电线束(7)的与电池(2)相配设的端部能够与电池(2)流体耦联。

8.根据权利要求1至6中任一项所述的充电线束装置(4)，其特征在于，所述充电线束(7)能够在所述电池(2)被绕过的情况下与冷却装置流体耦联。

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