CN112867630A - 用于连接机动车的电的蓄能器与充电站的充电装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种充电装置(10)，所述充电装置用于连接机动车(16)的电的蓄能器(14)与用于电能的充电站(24)，该充电装置包括充电线(12)和至少一个连接元件(20)，该充电线具有用于传导充电电流的至少一条导线(18)，充电线(12)能够通过该连接元件与在蓄能器(14)和充电站(24)之间的相对应的连接元件(22)连接，在充电线(12)上和/或在所述至少一个连接元件(20)上设置有至少一个潜热蓄存器(26)，借助该潜热蓄存器能够吸收在充电过程中产生的热量。

Description

用于连接机动车的电的蓄能器与充电站的充电装置
技术领域
本发明涉及一种根据权利要求1前序部分所述的、用于连接机动车的电的蓄能器与用于电能的充电站的充电装置。
背景技术
可电驱动的、尤其是构造为轿车的机动车通常具有用于蓄存电能的、尤其是构造为牵引电池的蓄能器。蓄能器或电池的尺寸决定了机动车的续驶里程。除了用电能填充蓄能器所需的要施加的充电时间外，续驶里程也是接受电动汽车或向电动汽车转变的重要因素。
有各种方法来改善与借助内燃机驱动的机动车相比较小的续驶里程或使长的充电时间特别短。在此，充电时间取决于充电速度。如果例如由充电站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的最大电能接收功率。在此，主要限制因素是通过电流流动产生的热量，该热量尤其是可通过例如在接触电阻上的功率损耗产生。如果产生的热量加热例如参与充电过程的部件的多个构件，则这可导致过热，从而必然降低充电速度。
例如，DE 102017010038A1说明一种用于对机动车的蓄能器进行感应充电的充电装置，该充电装置具有至少一个用于感应传输电能以对蓄能器进行充电的充电线圈，该充电线圈至少局部地嵌入一种材料中，借助该材料可从充电线圈吸收热量以对其进行被动冷却。
发明内容
因此，本发明的任务在于提供一种充电装置，借助该充电装置能以特别高的充电速度对机动车的电的蓄能器进行充电。
根据本发明，所述任务通过一种具有独立权利要求的特征的充电装置来解决，该充电装置用于连接机动车的电的蓄能器与用于电能的充电站。本发明的有利实施方式是从属权利要求和说明书的技术方案。
本发明涉及一种充电装置，所述充电装置用于连接机动车的电的蓄能器与用于电能的充电站，该机动车尤其是构造为轿车，该充电站尤其是例如构造为充电基础设施的充电桩。充电装置包括充电线，该充电线具有用于传导充电电流的、尤其是可由铜制成的至少一条导线。此外，根据本发明的充电装置包括至少一个连接元件，充电线能够通过该连接元件与在电的蓄存器和充电站之间的相对应的连接元件连接。充电线尤其是可构造为充电电缆并且所述至少一条导线尤其是电缆的芯线。连接元件例如是充电插口，从而所述相对应的连接元件有利地构造为配合到充电插口中的充电插头。机动车尤其是具有电机的、可电运行的机动车，该电机可由电的蓄能器供应能量，所述电的蓄能器尤其是构造为牵引电池和/或高压蓄存器。连接元件也被称为充电接口。
为了能够在机动车的充电过程中实现特别高的充电速度，在该充电过程中电能从充电站通过充电电流流动至机动车的电的蓄能器，根据本发明，在充电线上和/或在所述至少一个连接元件上设置有至少一个潜热蓄存器，借助该潜热蓄存器能吸收在充电过程中产生的热量。潜热蓄存器构造用于尤其是隐藏地、即所谓潜藏地蓄存供应给潜热蓄存器的热量。也就是说，潜热蓄存器可吸收热能而同时不改变其自身的温度。这通常如此实现：潜热蓄存器包括至少一种相变材料，该相变材料在吸收所供应的热能的情况下尤其是通过相变来改变其聚集态和/或其它相。根据本发明，所述至少一个潜热蓄存器设置在充电线和/或连接元件上，这两者尤其是在充电过程中分别产生热量。
换句话说，潜热蓄存器包括可特别有利地吸收散发的热量的相变材料，因为热能被用于改变相变材料的聚集态。由此防止相变材料过热并且附加地也防止本来的例如铜导线或导线过热。相变材料尤其是视其体积或潜热蓄存器的体积而定根据待吸收的能量只能吸收有限的热量，这些热量例如在充电过程完成后被再次释放或能够被再次释放。在此，在根据本发明的充电装置中，潜热蓄存器的尺寸例如可根据电的蓄能器的蓄存器大小或蓄存容量来确定，蓄存容量例如取决于机动车的车辆类型。例如对于小型车来说蓄能器的蓄存容量可选择得比中档车或豪华车更小。因此，根据本发明可这样确定潜热蓄存器的尺寸，使得可在特别有利地使用材料的同时特别有利地实现高的充电速度。因此，机动车的使用者可在期望的时间内给其机动车充电，该期望的时间尤其是可特别短。
由于潜热蓄存器可吸收热量而不改变其自身的温度，因此在充电过程期间延迟达到至少一个参与充电过程的构件、如连接元件的极限温度，由此产生充电速度可保持特别高或充电时间可保持特别短的优点。因此通过潜热蓄存器可实现充电装置的被动冷却。
例如可使用特别高的充电电流，由此使充电时间特别短，因为可将功率损耗、尤其是接触电阻上的功率损耗保持得特别低，所述接触电阻尤其是可出现在连接元件和相对应的连接元件之间。由于相应的极限温度到达得特别晚，因而可避免充电过程的功率过早地降低。
在此，本发明基于下述认识：例如在直流快速充电装置中，在可由连接元件形成的充电插口处的极限温度达到约90摄氏度，由此充电过程可持续大约十分钟。因此，本发明着重于将所产生的热量尽可能快且均匀地从相应构件、如充电插口导走并将其散发到环境中，这通过根据本发明的充电装置实现，尤其是在一种实施方式中充电线和连接元件设置在充电站和机动车之间。
在本发明的一种有利实施方式中，充电线和连接元件是机动车的部件。也就是说，充电装置集成到机动车中。在此，例如充电线连接电的蓄能器与尤其是构造为充电插口的连接元件，该连接元件例如设置在机动车的外蒙皮上。由此产生下述优点：充电装置与充电站无关地作为机动车的部件被携带，从而在一定程度上每个任意充电站都可例如借助软件更新为根据本发明的充电装置提供特别有利的充电速度。
在本发明的另一种有利实施方式中，充电线和连接元件是充电站的部件。换句话说，充电装置是充电站的部件，充电线例如构造为充电站的充电电缆，该充电电缆在一端具有例如构造为2型插头的充电插头形式的连接元件，该充电插头可插入机动车的相对应的充电插口中。由此产生下述优点：构造用于被动冷却的充电装置可用于应由充电站充电的每辆电动汽车。
在本发明的另一种有利实施方式中，所述导线至少部分地被绝缘部包围，在绝缘部的背离导线的一侧上在至少一个子区域中设置潜热蓄存器。换句话说，穿过绝缘部的导线或芯线构造为一种电缆，在绝缘部的外侧上、即在电缆外部至少在子区域中设置潜热蓄存器。在此，绝缘部优选由橡胶、尤其是由硅橡胶制成，其具有特别好的绝缘特性，同时导线或尤其是构造为电缆的充电线具有特别高的柔性。充电线的导线或芯线优选例如是铜电缆，并且包裹铜电缆或铜芯线的绝缘部将由充电过程产生的热量传导至潜热蓄存器，从而由热量释放的能量可蓄存在潜热蓄存器中并且因此可延迟达到充电线或至少一个与该充电线邻接的连接元件的极限温度。由此可特别有利地实现高充电速度并且因此实现快速充电方案。
在本发明的另一种有利实施方式中，所述子区域在至少一个方向上在外周侧包围导线并且沿充电线的纵向延伸方向伸展。在此，沿纵向延伸方向的伸展可以短也可以长。在充电线的导线具有大致圆形横截面的情况下，例如如果沿纵向延伸方向的长度或沿纵向延伸方向的伸展短，则产生大致环形的子区域。如果沿纵向延伸方向的伸展大，则潜热蓄存器大致软管状地围绕导线设置。通过用潜热蓄存器围绕导线的至少一个子区域，至少在该子区域上通过潜热蓄存器实现特别有效的冷却或使温度保持恒定。如果潜热蓄存器构造为，使得该潜热蓄存器在纵向延伸方向的整个长度上尽可能长地延伸，则可特别有利地冷却大部分充电线。相反，构造多个环形的子区域，可通过一串环形元件实现例如充电线的特别简单的制造和/或特别高的柔性。
在本发明的另一种有利实施方式中，子区域被至少一个分隔壁中断，该分隔壁尤其是也可由导线绝缘部的材料制成。在此，如果导线具有大致圆形的横截面，则所述至少一个分隔壁例如可径向向外地构造，使得例如可通过分隔壁在外周侧实现沿导线的多个单个的腔室，这些腔室可分别作为潜热蓄存器被填充相变材料。借助子区域中的例如中断潜热蓄存器的所述至少一个分隔壁例如可特别有利地实现充电装置的至少充电线的机械性能。
在本发明的另一种有利实施方式中，具有潜热蓄存器的子区域螺旋形地围绕所述至少一条导线延伸。也就是说，潜热蓄存器螺旋线状地围绕所述至少一条导线缠绕，由此该潜热蓄存器例如可特别简单地构造，同时可在导线的特别大的部分上设置潜热蓄存器。
对于沿导线的子区域的上述实施方式，在充电线仅包括一条导线的情况下，子区域相应围绕一条导线单个地设置。相反，如果充电线包括多条导线，则所提到的实施方式或其组合可分别围绕一条单个导线实施或以任意组合围绕多条导线合并地实施，由此实现充电线的特别灵活的设计。
在本发明的另一种有利实施方式中，连接元件构造为充电插口或充电插头。在此，在第一种情况下相对应的连接元件构造为充电插头、如2型插头，并且在第二种情况下构造为充电插口，该充电插口例如尤其是可位于机动车上或充电桩上。通过构造为充电插口和充电插头能以特别简单且有利的方式通过充电装置实现充电装置和机动车之间的连接或充电装置和充电站之间的连接或机动车和充电站之间的连接。
在本发明的另一种有利实施方式中，潜热蓄存器设置在连接元件的至少一个接触元件上。换句话说，潜热蓄存器与连接元件的接触元件连接、尤其是热连接，例如对于连接元件构造为充电插头的情况，该接触元件可以是充电插头的接触销。例如对于连接元件构造为充电插口的情况，接触元件例如是对应于接触插头或接触销的接纳插口。通过将潜热蓄存器放置或设置在连接元件的接触元件上，尤其是可在可预期基于接触电阻而产生最大热量的部位之一处特别有利地吸收热量，从而可通过被动“冷却”对充电装置的热负荷最大的区域之一进行调温或将其保持在一定温度。
在本发明的另一种有利实施方式中，潜热蓄存器包括至少一种具有石蜡和/或碳的相变材料。潜热蓄存器的相变材料因此至少部分地由石蜡制成。附加或替代地，相变材料至少部分地由碳制成。在此例如可通过石蜡实现约55摄氏度的、用于蓄存或吸收潜热的相变的温度，这可特别有利地用于充电装置。此外，石蜡和碳的组合——其因此可形成相变材料的复合物——例如可通过所含石墨实现特别有利的导热率，从而例如可实现包括连接元件和/或充电线的待冷却部件和潜热蓄存器之间特别好的热接触。
本发明的其它特征由权利要求、附图和附图说明给出。在上面说明中提到的特征和特征组合以及在下面附图说明中提到和/或仅在附图中显示的特征和特征组合不仅可在相应给出的组合中而且也可在其它组合中使用或可单独使用。
附图说明
现在借助优选实施例并参考附图详细阐述本发明。附图中：
图1示出用于连接机动车的电的蓄能器和充电站的充电装置的示意性结构，该充电装置具有充电线和连接元件；
图2示出充电装置的构造为充电插头的连接元件的示意性结构；
图3示出充电装置的充电线的示意性结构；和
图4示出充电装置的充电线的另一种实施方式的横截面图。
具体实施方式
图1示出一种用于连接机动车16的电的蓄能器14与充电站24的充电装置10的示意性结构，该充电装置具有充电线12和连接元件20。在此，充电线12具有至少一条导线18，该导线尤其是由铜制成并且构成尤其是构造为充电电缆的充电线12的电缆芯或芯线。在此，导线18用于传导充电电流。此外，充电装置10具有至少一个连接元件20，充电线12可通过该连接元件与在蓄能器14和充电站24之间的相对应的连接元件22连接。
为了能够特别快速地、即以特别高的充电速度进行充电过程，在该充电过程中电能借助于充电电流从充电站24存入到机动车16的电的蓄能器14中，在充电线12上和/或在所述至少一个连接元件20上设置有至少一个潜热蓄存器26，借助该潜热蓄存器可吸收在充电过程中产生的热量。
在此，充电线12和连接元件20有利地是机动车16的部件，因此例如连接元件20有利地、如图1所示构造为充电插口、尤其是机动车16的充电插口。
在本发明的另一种实施方式中，充电线12和连接元件20也可以分别是充电站24的部件。作为替代方案，充电装置10既不是机动车16的部件也不是充电站24的部件，而是独立地构造并且用于在机动车16和充电站24之间进行连接。在此，机动车16有利地是可电驱动的轿车并且充电站24可有利地例如构造为充电基础设施元件的充电桩或者在简单的情况下也可构造为传统的插座。
所述至少一个潜热蓄存器26包括至少一种包含石蜡和/或碳的相变材料。相变材料是在预定范围内改变其聚集态的材料，其中，能量、尤其是形式为所供应的热量的能量并不有助于相变材料的温度升高，而是用于改变相变材料的聚集态或其它相态，使得尽管供应了热量但相变材料仍保持其温度并且因此潜热蓄存器26仍保持其温度。通过石蜡例如可以是能实现大约55摄氏度的相变温度，这对于机动车16的充电过程特别有利。如果相变材料附加地含有碳，则例如其机械稳定性可构造得特别有利。
有利的是，至少在连接元件20的接触元件28上设置潜热蓄存器。在此，如果连接元件20例如如图3所示构造为充电插头，则接触元件28可以是接触销。在此，例如也适宜将充电插头构造为兼容2型插头。在此，如果连接元件20构造为充电插口，则相对应的连接元件22可构造为插头，反之亦然。
图2示出充电装置10的一种实施方式，在该充电装置中，连接元件20构造为充电插头，潜热蓄存器26设置在该连接元件上。
图3示出充电装置10的充电线12，该充电线构造成大致电缆状的，从而导线18尤其是构成电缆状的充电线的铜芯线。由此可特别有利地传导充电电流。导线18被绝缘部30包围，该绝缘部在该实施例中又可被填充材料32和屏蔽编织物34包围，最后是外部绝缘部36。就此而言，所示的充电线12可构造为传统电缆，该传统电缆例如可事后借助改装解决方案而设有潜热蓄存器26和附加的另外的外部绝缘部38。由此例如能以特别有利的方式尤其是低成本地制造充电线12。有利的是，绝缘部30和外部绝缘部36以及所述另外的外部绝缘部38分别由硅橡胶制成，硅橡胶可保证特别好的电绝缘特性，同时确保充电线12的柔性。
因此，图3中所示的充电线构造为，使得导线18至少部分地被绝缘部30包围，在绝缘部的背离导线18的一侧上在至少一个子区域中设置潜热蓄存器26。在此，导线18的子区域构造为，使得该子区域在至少一个方向上在外周侧包围尤其是圆形的导线18，即该子区域围绕导线环形或软管形地构造，该子区域根据其沿充电线12的纵向延伸方向40的伸展构造成环形或杆形。作为替代方案，子区域既不是软管形也不是环形，而是围绕导线18螺旋形地构造。
图4示出另一种实施方式中的充电线12的横截面图，其中，可以看到形成潜热蓄存器26的子区域围绕导线18环形地构造，该子区域可通过分隔壁42中断，从而例如形成潜热蓄存器26的多个单个的腔室44。因此该潜热蓄存器例如可构造成在机械上特别稳定的。
充电线12以其由铜制成的、作为实际的电流导体的导线在此设有尤其是液体密封的绝缘部30，该绝缘部尤其是由橡胶或硅橡胶制成。所述绝缘部被相变材料包围，该相变材料基本上形成潜热蓄存器26，该相变材料的厚度或该相变材料的体积可根据机动车16的待填充的电的蓄能器14的充电方案或尺寸或容量而变化。例如如果基于电的蓄能器14的特别大的容量而应使充电速度特别高，则可相应地选择潜热蓄存器26的体积和吸热能力。
最后，潜热蓄存器26被外部绝缘部38的另外的绝缘部包围。如此设置的潜热蓄存器26的优点是特别紧凑的结构形式和简单的结构。
如已经提到的，通过用潜热蓄存器26包裹，为现有电缆提供了可特别简单地制造用于充电装置10的充电线12的可能性。潜热蓄存器26尤其是也可这样设置在连接元件20上，使得相对应的连接元件22可特别有利地例如继续用于现有充电基础设施，由此例如充电装置10的购置成本可特别低。
总体上，所示的充电装置10具有下述优点：由于延迟达到例如连接元件20的极限温度，可使充电时间保持特别短。此外，通过充电装置10能实现特别快速的充电方案。另外，由于例如不需要对相应基本部件、如相对应的连接元件22进行改变或仅需要对相应基本部件进行小的改变，因此可继续使用现有充电基础设施的部件。
附图标记列表
10 充电装置
12 充电线
14 电的蓄能器
16 机动车
18 导线
20 连接元件
22 相对应的连接元件
24 充电站
26 潜热蓄存器
28 接触元件
30 绝缘部
32 填充材料
34 屏蔽编织物
36 外部绝缘部
38 另外的外部绝缘部
40 纵向延伸方向
42 分隔壁
44 腔室。

Claims (10)

1.一种充电装置(10)，所述充电装置用于连接机动车(16)的电的蓄能器(14)与用于电能的充电站(24)，所述充电装置包括充电线(12)和至少一个连接元件(20)，该充电线具有用于传导充电电流的至少一条导线(18)，充电线(12)能够通过该连接元件与在蓄能器(14)和充电站(24)之间的相对应的连接元件(22)连接，其特征在于，在充电线(12)上和/或在所述至少一个连接元件(20)上设置有至少一个潜热蓄存器(26)，借助该潜热蓄存器能够吸收在充电过程中产生的热量。
2.根据权利要求1所述的充电装置(10)，其特征在于，所述充电线(12)和所述连接元件(20)是机动车(16)的部件。
3.根据权利要求1所述的充电装置(10)，其特征在于，所述充电线(12)和所述连接元件(20)是充电站(24)的部件。
4.根据前述权利要求中任一项所述的充电装置(10)，其特征在于，所述导线(18)至少部分地被绝缘部(30)包围，在所述绝缘部的背离导线的一侧上在至少一个子区域中设置所述潜热蓄存器(26)。
5.根据权利要求4所述的充电装置(10)，其特征在于，所述子区域在至少一个方向上在外周侧包围导线(18)并且沿充电线(12)的纵向延伸方向伸展。
6.根据权利要求4或5所述的充电装置(10)，其特征在于，所述子区域被至少一个分隔壁(42)中断。
7.根据权利要求4至6所述的充电装置(10)，其特征在于，所述子区域螺旋形地围绕所述至少一条导线(18)延伸。
8.根据前述权利要求中任一项所述的充电装置(10)，其特征在于，连接元件(20)构造为充电插口或充电插头。
9.根据前述权利要求中任一项所述的充电装置(10)，其特征在于，所述潜热蓄存器(26)设置在连接元件的至少一个接触元件(28)上。
10.根据前述权利要求中任一项所述的充电装置(10)，其特征在于，所述潜热蓄存器(26)的至少一种相变材料包括石蜡和/或碳。
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