DE102010050562B3

DE102010050562B3 - Vorrichtung zum Laden eines mit elektrischer Energie antreibbaren Fahrzeugs

Info

Publication number: DE102010050562B3
Application number: DE102010050562A
Authority: DE
Inventors: Oliver Burnus
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2010-11-05
Filing date: 2010-11-05
Publication date: 2012-04-05
Anticipated expiration: 2030-11-06

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (1) zum Laden eines mit elektrischer Energie antreibbaren Fahrzeugs (2), wobei die Vorrichtung (1) wenigstens einen mit dem aufzuladenden Fahrzeug (2) verbindbaren Stecker (13), wenigstens eine Stromquelle (11) und wenigstens ein Kabel (12) zur Herstellung einer elektrischen Verbindung zwischen dem Stecker (13) und der Stromquelle (11) umfasst und wenigstens ein Mittel (14, 15) zum Kühlen wenigstens eines Teils des Steckers (13). Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass als Mittel zum Kühlen wenigstens ein thermisch mit dem Stecker (13) verbundener Kühlkreislauf (14, 15) vorgesehen ist, wobei der Kühlkreislauf (14, 15) auch bei von einem aufzuladenden Fahrzeug (2) getrennten Stecker (13) geschlossen ist. Auf diese Weise kann auch bei sich häufig wiederholenden Ladezyklen sichergestellt werden, dass eine ausreichende Kühlung des Ladesteckers (13) erfolgt. So kann beispielsweise der Ladestecker (13) auch zwischen den Ladevorgängen solange weiter gekühlt werden, bis eine vorgeschriebene Grenztemperatur unterschritten ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Laden eines mit elektrischer Energie antreibbaren Fahrzeugs, wobei die Vorrichtung wenigstens einen mit dem aufzuladenden Fahrzeug verbindbaren Stecker, wenigstens eine Stromquelle und wenigstens ein Kabel zur Herstellung einer elektrischen Verbindung zwischen dem Stecker und der Stromquelle umfasst und wenigstens ein Mittel zum Kühlen wenigstens eines Teils des Steckers.
Mit elektrischer Energie antreibbare Fahrzeuge stellen einen wichtigen Eckpfeiler in der Zukunft der Automobiltechnik dar. So werden E-Fahrzeuge (Elektrofahrzeuge) oder Hybridfahrzeuge zukünftig auch mit hohen AC- und DC-Leistungen geladen werden müssen, damit der Ladevorgang schnell erfolgen kann und vom Kunden akzeptiert wird. Für dieses ”Schnellladen” wird es vermehrt öffentliche oder halböffentliche Ladestationen geben. Die dabei zum Einsatz kommenden Ladestecker müssen dabei im wesentlichen bekannten Normen wie JEVS G105-1993 (DC-Ladung), SAE J1772 bzw. IEC 621196-2 Type 1 (AC 1-phasig), IEC 62196-2 Type 2 und 3 (AC 3-phasig) entsprechen.
Wird ein Fahrzeug jedoch mit hoher Leistung geladen, entsteht eine erhebliche Wärmeentwicklung an den Kontaktübergängen im Ladestecker, insbesondere zwischen den Kontakten der fahrzeugseitigen Ladebuchse und den Kontakten des vorrichtungsseitigen Ladesteckers. Im Falle von nacheinander folgenden Ladezyklen von mehreren Fahrzeugen erwärmt sich der Ladestecker unter Umständen über die zulässigen Werte hinaus. Dies kann einerseits zu Funktionsstörungen der Ladevorrichtung, andererseits zu einer Beeinträchtigung der Bedienbarkeit der Ladevorrichtung führen.
Aus der US 2009/0256523 A1 ist eine gattungsgemäße Vorrichtung bekannt. Insbesondere ist ein mit einer Ladestation elektrisch verbundener Ladestecker vorgesehen, der mit Wasser und Luft führende Kanälen versehen ist. Entsprechend weist auch die Ladebuchse des aufzuladenden Fahrzeugs Kanäle auf, welche bei Zusammenführen von Ladebuchse und Ladestecker mit den steckerseitigen Kanälen verbunden werden. Hierdurch werden Kühlkreisläufe (Luft, Wasser) geschlossen. Die Kühlkreisläufe sollen insbesondere zum Kühlen von fahrzeugseitigen elektrischen Antriebs-Komponenten dienen.
Sobald der Ladestecker jedoch vom aufzuladenden Fahrzeug getrennt wird, sind auch die erwähnten Kühlkreisläufe geöffnet und somit unwirksam.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine gattungsgemäße Vorrichtung dahingehend zu verbessern, dass eine Kühlung des Ladesteckers auch dann erfolgen kann, wenn der Stecker der Vorrichtung nicht mit einem aufzuladenden Fahrzeug verbunden ist.
Diese Aufgabe wird mit den kennzeichnenden Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungen beziehungsweise Weiterbildungen der Erfindung sind den jeweiligen Unteransprüchen entnehmbar.
Die Erfindung geht daher aus von einer Vorrichtung zum Laden eines mit elektrischer Energie antreibbaren Fahrzeugs, wobei die Vorrichtung wenigstens einen mit dem aufzuladenden Fahrzeug verbindbaren Stecker, wenigstens eine Stromquelle und wenigstens ein Kabel zur Herstellung einer elektrischen Verbindung zwischen dem Stecker und der Stromquelle umfasst und wenigstens ein Mittel zum Kühlen wenigstens eines Teils des Steckers.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass als Mittel zum Kühlen wenigstens ein thermisch mit dem Stecker verbundener Kühlkreislauf vorgesehen ist, wobei der Kühlkreislauf auch bei von einem aufzuladenden Fahrzeug getrennten Stecker geschlossen ist. Auf diese Weise kann auch bei sich häufig wiederholenden Ladezyklen sichergestellt werden, dass eine ausreichende Kühlung des Ladesteckers erfolgt. So kann beispielsweise der Ladestecker auch zwischen den Ladevorgängen solange weiter gekühlt werden, bis eine vorgeschriebene Grenztemperatur unterschritten ist.
Gemäß einer ersten vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Kühlkreislauf Kanäle umfasst, die durch wenigstens einen Teil des Steckers geführt sind. Auf diese Weise ist eine sehr wirkungsvolle Kühlung möglich, wobei die Kanäle konstruktiv genau an den temperaturkritischen Stellen vorgesehen werden können.
Gemäß einer weiteren Ausbildung des Erfindungsgedankens kann auch vorgesehen sein, dass der Kühlkreislauf Kanäle umfasst, die außen an wenigstens einem Teil des Stecker geführt sind. Dies hat den Vorteil, dass das Gehäuse des Stecker selbst vergleichsweise kompakt ausgeführt sein kann. Die Kanäle können beispielsweise in eine Art ”Kühlmantel” eingebracht und über das Steckergehäuse geschoben sein und bei Bedarf (beispielsweise im Wartungsfall) vom Steckergehäuse getrennt werden.
Es ist auch vorteilhaft, wenn der Stecker ein Kopplungsteil und einen Griffteil umfasst und sich die Kanäle des Kühlkreislauf lediglich im Bereich des Griffteils befinden. So muss das Kopplungsteil konstruktiv kaum verändert werden und kann den einschlägigen Normen entsprechen, während das Griffteil den speziellen Anforderungen angepasst werden kann.
Eine weitere Ausbildung der Erfindung sieht vor, dass der Kühlkreislauf zumindest bereichsweise schlauchartige Kanäle umfasst und das Kabel mit den schlauchartigen Kanälen zumindest bereichsweise durch eine gemeinsame Ummantelung gehalten ist. Auf diese Weise wird die Verbindung zwischen dem Ladestecker und der vorgehaltenen Infrastruktur (Stromquelle, Kühlaggregat) kompakter und die Gefahr von Verdrehungen beziehungsweise Verknotungen der vorhandenen Kabel und Leitungen wird vermindert. Überdies trägt dies auch zu einer Kühlung des Kabels bei.
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung werden anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels deutlich, was mit Hilfe der beiliegenden Figuren näher erläutert werden soll. Dabei bedeuten
1 eine prinziphafte Ansicht von oben auf eine erfindungsgemäß Vorrichtung,
2 eine prinziphafte Ansicht im Bereich des Ladesteckers der erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß Detail Ansicht II aus 1.
In 1 ist in prinziphafter Darstellung eine erfindungsgemäße Vorrichtung 1 zum elektrischen Laden eines mit elektrischer Energie antreibbaren Fahrzeugs 2 (bspw. E-Fahrzeug oder Hybridfahrzeug) aus der Vogelperspektive ersichtlich. Die Vorrichtung 1 umfasst eine geschlossene, stationäre Ladestation 10 (aber auch eine offene, instationäre Ladestation ist denkbar), welche mit einer Stromquelle 11 und einem Kühlaggregat 14 ausgestattet ist. Die Stromquelle 11 ist elektrisch mit einem Ladestecker 13 verbunden, wobei dies außerhalb der Ladestation 10 mittels eines flexiblen Ladekabels 12 realisiert ist. Ferner ist der Ladestecker 13 mittels Verbindungsleitungen 15 mit dem Kühlaggregat 14 verbunden, wobei dies außerhalb der Ladestation 10 durch flexible Kühlschläuche realisiert sein kann. Das Ladekabel 12 und in die Kühlschläuche 15 sind außerhalb der Ladestation 10 dicht zusammengelegt und über eine gemeinsame Ummantelung 18 (nur in 2 dargestellt) zum Ladestecker 13 geführt.
Alternativ können jedoch auch Verbindungsleitungen 15' vorgesehen sein, welche getrennt vom Ladekabel 12 zum Ladestecker 13 geführt sind.
Das Fahrzeug 2 ist an seinem Heck mit einer Ladebuchse 20 versehen, in die zum Aufladen der Ladestecker 13 hinein gesteckt werden kann.
Ein mögliches Ausführungsbeispiel zur Ausgestaltung des Ladesteckers 13 ist in 2 prinziphaft dargestellt. So weist der Ladestecker 13 ein Kupplungsteil 13A und ein Griffteil 13B auf. Das Kupplungsteil 13A wird zum Laden in die Ladebuchse 20 des Fahrzeugs 2 hinein gesteckt, wobei elektrische Kontakte 16 des Kupplungsteils 13A mit elektrischen Gegenkontakten 17 der Ladebuchse 20 zusammenwirken. Die 2 ist nur sehr prinziphaft dargestellt, so dass entsprechende Positionier- oder Rasteinrichtungen nicht ersichtlich sind. Diese sind für das Verständnis der Erfindung auch nicht von Bedeutung.
Ferner ist ersichtlich, dass das Griffteil 13B Kanäle 19 umfasst, welche sich durch das Griffteil 13B hindurch ziehen. Im Ausführungsbeispiel ist als Kühlmedium Wasser gewählt, welches durch einen Einlass 15A in das Griffteil 13B hinein geleitet und durch einen Auslass 15B aus diesem wieder heraus geleitet wird. Aber auch andere Kühlmedien, wie beispielsweise Luft, sind denkbar. Der Einlass 15A und der Auslass 15B sind in geeigneter Weise mit den Kühlschläuchen 15 verbunden, so dass der Ladestecker 13 gleichsam thermisch mit einem Kühlkreislauf verbunden ist. Es ist ersichtlich, dass sich die Kanäle 19 spiralförmig durch den Außenbereich des Griffteil 13B hindurch ziehen. Hierdurch kann insbesondere eine gute Kühlung des Griffteils 13B erfolgen, welcher bei einem Ladevorgang tiefere Grenztemperaturen aufweisen muss als das Kupplungsteil 13A. Dennoch wird in gewissem und ausreichendem Maße durch Wärmeübertragung auch das Kupplungsteil 13A durch den Kühlkreislauf gekühlt. Bei Bedarf kann eine zusätzliche Schicht 21 aus besonders gut Wärme leitendem Material vorgesehen sein, welche den Kühlkreislauf des Griffteils 13B zusätzlich mit dem Kupplungsteil 13A thermisch koppelt.
Die Kühlschläuche 15 und das Ladekabel 12 sind zumindest bereichsweise durch eine gemeinsame Ummantelung 18 zusammengelegt. Ferner kann vorgesehen sein, das Griffteil 13B außen mit entsprechenden Griffmulden (nicht dargestellt) zu versehen. Da sich die Kühlkanäle 19 nur durch das Griffteil 13B hindurch ziehen, ist man in der Gestaltung des Kupplungsteils 13A vergleichsweise frei und kann dieses kompakt und normgerecht gestalten. Dennoch ist es denkbar, die Kühlkanäle 19 auch bis in das Kupplungsteil 13A hinein zu führen. Dies setzt jedoch entsprechend vorhandenen Platz voraus.
Obwohl im gezeigten Ausführungsbeispiel die Kanäle 19 spiralförmig durch das Griffteil 13B geführt sind, sind natürlich auch andere Ausgestaltungen denkbar. So kann beispielsweise auch vorgesehen sein, die Kühlkanäle 19 mäanderförmig durch das Griffteil 13B zu führen.
Auch ist es denkbar, die Kühlkanäle 19 außen am Griffteil 13B zu führen, beispielsweise in einem auf dem Griffteil 13B befestigten Kühlmantel (nicht dargestellt).
Zusätzlich ist denkbar, im Ladestecker 13 eine Temperatursensierung vorzusehen, welche die Ladestation 10 ggf. in der Abgabe ihrer elektrischen und Kühlleistung steuert.
Auf jeden Fall ist ersichtlich, dass der Kühlkreislauf auch bei von der Ladebuchse 20 getrenntem Ladestecker 13 geschlossen ist und somit wirksam den Stecker 13 kühlen kann.
Bezugszeichenliste

1: Vorrichtung zum Laden
10: Ladestation
11: Stromquelle
12: Ladekabel
13: Ladestecker
13A: Kupplungsteil vom Ladestecker
13B: Griffteil vom Ladestecker
14: Kühlaggregat
15, 15': Kühlschläuche
15A: Einlass
15B: Auslass
16: elektrische Kontakte
17: elektrische Gegenkontakte
18: Ummantelung
19: Kühlkanäle
2: mit elektrischer Energie antreibbares Fahrzeug
20: Ladebuchse
21: Schicht aus gut Wärme leitendem Material

Claims

Vorrichtung (1) zum Laden eines mit elektrischer Energie antreibbaren Fahrzeugs (2), wobei die Vorrichtung (1) wenigstens einen mit dem aufzuladenden Fahrzeug (2) verbindbaren Stecker (13), wenigstens eine Stromquelle (11) und wenigstens ein Kabel (12) zur Herstellung einer elektrischen Verbindung zwischen dem Stecker (13) und der Stromquelle (11) umfasst und wenigstens ein Mittel (14, 15) zum Kühlen wenigstens eines Teils des Steckers (13) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass als Mittel (14, 15) zum Kühlen wenigstens ein thermisch mit dem Stecker (13) verbundener Kühlkreislauf (14, 15A, 15B, 19) vorgesehen ist, wobei der Kühlkreislauf (14, 15A, 15B, 19) auch bei von einem aufzuladenden Fahrzeug (2) getrennten Stecker (13) geschlossen ist.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkreislauf (14, 15A, 15B, 19) Kanäle (19) umfasst, die durch wenigstens einen Teil (13B) des Steckers (13) geführt sind.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, dass der Kühlkreislauf (14, 15) Kanäle umfasst, die außen an wenigstens einem Teil (13B) des Steckers (13) geführt sind.
Vorrichtung (1) nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Stecker (13) einen Kopplungsteil (13A) und einen Griffteil (13B) umfasst und sich die Kanäle (19) des Kühlkreislaufs (14, 15A, 15B, 19) lediglich im Bereich des Griffteils (13B) befinden.
Vorrichtung (1) nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkreislauf (14, 15A, 15B, 19) zumindest bereichsweise schlauchartige Kanäle (15) umfasst und das Kabel (12) mit den schlauchartigen Kanälen (15) zumindest bereichsweise durch eine gemeinsame Ummantelung (18) gehalten ist.