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Die Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug.
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Es ist bekannt, dass in Kraftfahrzeugen, d. h. insbesondere in Elektro- bzw. Hybridkraftfahrzeugen, verbaute elektrische Energiespeicher, welche zum Zwecke der Energieversorgung beispielsweise einem als Antriebsaggregat dienenden Elektromotor zugeordnet sind, regelmäßig geladen werden müssen. Das Laden entsprechender elektrischer Energiespeicher erfordert typischerweise eine elektrische Anbindung dieser an ein Energieversorgungsnetz. Hierfür ist eine elektrische Verbindung des Energiespeichers mit einer, typischerweise stationären, externen Energieversorgungseinrichtung, welche in das Energieversorgungsnetz geschaltet ist, vorzusehen.
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Bei sogenannten „Schnellladevorgängen” erfolgt das Laden entsprechender elektrischer Energiespeicher mit vergleichsweise hohen Ladeströmen bzw. vergleichsweise hohen Ladeleistungen, d. h. typischerweise Ladeleistungen oberhalb 50 kW, welche eine vergleichsweise hohe elektrische Verlustleistung und somit eine vergleichsweise hohe Erwärmung des elektrischen Energiespeichers bedingen. Um die Lebensdauer des elektrischen Energiespeichers negativ beeinflussende thermische Schädigungen im Rahmen entsprechender Ladevorgänge zu verhindern, sollten entsprechende elektrische Energiespeicher daher gekühlt werden.
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Es besteht ein Weiterentwicklungsbedarf der aus dem Stand der Technik bekannten Prinzipien im Hinblick auf eine im Rahmen eines Ladevorgangs eines kraftfahrzeugseitigen elektrischen Energiespeichers realisierbare hinreichende Kühlung entsprechender kraftfahrzeugseitiger elektrischer Energiespeicher.
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Der Erfindung liegt damit die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Kraftfahrzeug anzugeben.
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Die Aufgabe wird durch ein Kraftfahrzeug, insbesondere ein Elektrokraftfahrzeug, gelöst, welches sich erfindungsgemäß durch
- – einen elektrischen Energiespeicher, welchem eine eine von einem Kühlmittel durchströmbare oder durchströmte Kühlmittelkanalstruktur umfassende Kühleinrichtung zum Kühlen des elektrischen Energiespeichers zuordenbar oder zugeordnet ist,
- – ein mit dem elektrischen Energiespeicher verbindbares oder verbundenes Ladeanschlusselement zum elektrischen Verbinden des elektrischen Energiespeichers mit einer elektrische Energie bereitstellenden externen Energieversorgungseinrichtung, insbesondere im Rahmen eines Ladevorgangs des elektrischen Energiespeichers, und
- – ein mit ein mit der Kühlmittelkanalstruktur verbindbares oder verbundenes Anschlusselement zum Verbinden der Kühlmittelkanalstruktur mit einer Kühlmittel bereitstellenden externen Kühlmittelversorgungseinrichtung zum Ab- und/oder Zuführen von Kühlmittel aus der und/oder in die Kühlmittelkanalstruktur, auszeichnet.
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Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug, bei welchem es sich insbesondere um ein Elektro- oder Hybridkraftfahrzeug, d. h. um ein mit wenigstens einem als Antriebsaggregat dienenden Elektromotor ausgestattetes Kraftfahrzeug, handelt, umfasst sonach wenigstens einen elektrischen Energiespeicher, welcher der Versorgung kraftfahrzeugseitiger elektrischer Verbraucher, d. h. insbesondere den vorgenannten, als Antriebsaggregat dienenden Elektromotoren, mit elektrischer Energie, d. h. insbesondere Strom, dient. Ein entsprechender elektrischer Energiespeicher umfasst dabei in der Regel mehrere elektrisch miteinander verschaltete Energiespeicherzellen bzw. Energiespeicherzellmodule. Entsprechende Energiespeicherzellen bzw. Energiespeicherzellmodule können beispielsweise auf Lithium bzw. Lithiumverbindungen basieren.
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Um eine hinreichende Kühlung des elektrischen Energiespeichers zu ermöglichen, ist diesem wenigstens eine Kühleinrichtung zuordenbar oder zugeordnet. Die Kühleinrichtung dient der Kühlung des elektrischen Energiespeichers. Die Kühleinrichtung umfasst wenigstens eine von einem Kühfluid, d. h. typischerweise einer Kühlflüssigkeit, wie z. B. Wasser oder einer Glykol-Wasser-Mischung, oder einem Kühlgas, wie z. B. Kohlendioxid, durchströmbare oder durchströmte Kühlmittelkanalstruktur. Die oder ein Abschnitt der Kühlmittelkanalstruktur umgibt den elektrischen Energiespeicher derart, dass ein guter Wärmeaustausch zwischen dem elektrischen Energiespeicher und dem in der Kühlmittelkanalstruktur strömenden Kühlmittel, d. h. insbesondere ein guter Wärmeübertrag von dem elektrischen Energiespeicher auf das in der Kühlmittelkanalstruktur strömende Kühlmittel, möglich ist. Die oder ein Abschnitt der Kühlmittelkanalstruktur kann den oder Teile des elektrischen Energiespeichers beispielsweise in mehreren Wicklungen umgeben, d. h. insbesondere mäanderartig um den oder Teile des elektrischen Energiespeichers verlaufen.
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Die beschriebene Kühleinrichtung kann zusätzlich zu einer weiteren, dem elektrischen Energiespeicher zugeordneten Kühleinrichtung vorgesehen sein, welche weitere Kühleinrichtung einer Kühlung des elektrischen Energiespeichers während eines üblichen Betriebs bzw. Entladebetriebs, insbesondere im Zusammenhang mit einem Fahrbetrieb des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs, dient. Die beschriebene Kühleinrichtung kann sonach, wie sich im Weiteren noch ergibt, insbesondere dazu dienen, in gesonderter bzw. gegebenenfalls auch unterstützender Weise eine Kühlung des elektrischen Energiespeichers im Rahmen eines Ladevorgangs sicherzustellen. Mithin kann die beschriebene Kühleinrichtung dem elektrischen Energiespeicher gegebenenfalls nur im Falle eines Ladevorgangs zugeordnet werden und somit gegebenenfalls nur im Falle eines Ladevorgangs in Betrieb genommen werden.
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Um ein Laden des elektrischen Energiespeichers zu ermöglichen, ist wenigstens ein mit dem elektrischen Energiespeicher verbindbares oder verbundenes Ladeanschlusselement zum elektrischen Verbinden des elektrischen Energiespeichers mit einer elektrische Energie bereitstellenden externen Energieversorgungseinrichtung, insbesondere im Rahmen eines Ladevorgangs des elektrischen Energiespeichers, vorgesehen. Das kraftfahrzeugseitige Ladeanschlusselement stellt sonach eine kraftfahrzeugseitige elektrische Schnittstelle dar, über welche der elektrische Energiespeicher mit einer entsprechenden, typischerweise stationären, in ein Energieversorgungsnetz geschalteten, externen Energieversorgungseinrichtung verbindbar oder, typischerweise im Rahmen eines Ladevorgangs des elektrischen Energiespeichers, verbunden ist. Die externe Energieversorgungseinrichtung weist hierfür ebenso eine elektrische Schnittstelle, wie z. B. ein zu dem kraftfahrzeugseitigen Ladeanschlusselement gegengleiches Ladeanschlusselement eines Energieversorgungskabels bzw. eines Ladekabels auf. Selbstverständlich kann das kraftfahrzeugseitige Ladeanschlusselement eine entsprechende Ladeelektronik umfassen oder mit einer solchen kommunizieren.
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Konkret kann das kraftfahrzeugseitige Ladeanschlusselement als eine mit entsprechenden elektrischen Kontakten versehene Ladebuchse ausgebildet sein oder eine solche umfassen. An die Ladebuchse ist ein mit entsprechenden elektrischen Kontakten versehener Ladestecker eines Energieversorgungskabels anschließbar, d. h. elektrisch wie auch mechanisch mit der Ladebuchse verbindbar.
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Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug umfasst ferner wenigstens ein ein mit ein mit der Kühlmittelkanalstruktur verbindbares oder verbundenes Anschlusselement zum Verbinden der Kühlmittelkanalstruktur mit einer Kühlmittel bereitstellenden externen Kühlmittelversorgungseinrichtung zum Ab- und/oder Zuführen von Kühlmittel aus der und/oder in die Kühlmittelkanalstruktur. Das kraftfahrzeugseitige Anschlusselement stellt sonach eine als Kühlmittelschnittstelle zu bezeichnende bzw. zu erachtende weitere kraftfahrzeugseitige Schnittstelle dar, über welche die Kühlmittelkanalstruktur mit einer entsprechenden externen Kühlmittelversorgungseinrichtung verbindbar ist bzw. verbunden werden kann. Die externe Kühlmittelversorgungseinrichtung weist hierfür typischerweise ebenso eine Schnittstelle, wie z. B. ein zu dem kraftfahrzeugseitigen Anschlusselement gegengleiches Anschlusselement einer Kühlmittelleitung bzw. eines Kühlmittelschlauchs, auf.
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Konkret kann das kraftfahrzeugseitige Anschlusselement als ein, gegebenenfalls mit Dichtungselementen versehener, Anschlussstutzen ausgebildet sein oder einen solchen umfassen. An den Anschlussstutzen ist ein, gegebenenfalls mit Dichtungselementen versehener, Gegenanschlussstutzen einer Kühlmittelleitung bzw. eines Kühlmittelschlauchs anschließbar, d. h. mechanisch, insbesondere fluiddicht, mit dem Anschlussstutzen verbindbar.
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An das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug lässt sich sonach einerseits über eine kraftfahrzeugseitige elektrische Schnittstelle in Form eines entsprechenden kraftfahrzeugseitigen Ladeanschlusselements eine externe Energieversorgungseinrichtung und andererseits über eine kraftfahrzeugseitige Kühlmittelschnittstelle in Form eines entsprechenden weiteren Anschlusselements eine externe Kühlmittelversorgungseinrichtung anschließen. Mithin ist es möglich, im Rahmen eines über eine elektrische Verbindung mit einer externen Energieversorgungseinrichtung erfolgenden Ladevorgangs des elektrischen Energiespeichers über eine externe Kühlmittelversorgungseinrichtung, insbesondere verbrauchtes bzw. erwärmtes, Kühlmittel aus der Kühlmittelkanalstruktur abzuführen und/oder, insbesondere unverbrauchtes bzw. nicht erwärmtes, Kühlmittel in die Kühlmittelkanalstruktur zuzuführen.
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Derart ist es sichergestellt, dass die Kühleinrichtung im Rahmen eines Ladevorgangs, insbesondere im Rahmen eines entsprechenden Schnellladevorgangs mit hohen Ladeleistungen, d. h. insbesondere Ladeleistungen oberhalb 50 kW, des elektrischen Energiespeichers eine hinreichende Kühlleistung bieten kann und der elektrische Energiespeicher im Rahmen eines entsprechenden Ladevorgangs, insbesondere im Rahmen eines entsprechenden Schnellladevorgangs mit hohen Ladeleistungen, jedenfalls hinreichend gekühlt ist. Mithin sind derart ohne die Gefahr einer thermischen Schädigung des elektrischen Energiespeichers Ladevorgänge mit sehr hohen Ladeleistungen, beispielsweise oberhalb 80 kW, und somit kurze Ladezeiten realisierbar. Ferner kann die Kühlleistung bestehender Kühleinrichtungen gegebenenfalls reduziert werden, da die Effizienz der Kühleinrichtung durch die Verbindung der kraftfahrzeugseitigen Kühlmittelkanalstruktur mit einer externen Kühlmittelversorgungseinrichtung erheblich verbessert werden kann.
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Unter dem mit Bezug auf die Energieversorgungseinrichtung und die Kühlmittelversorgungseinrichtung verwendeten Begriff „extern” ist zu verstehen, dass diese Einrichtungen nicht Teil des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs sind. Es handelt sich sonach um in struktureller Hinsicht von dem erfindungsgemäßen Kraftfahrzeug grundsätzlich unabhängig bestehende bzw. separate Einrichtungen.
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Sofern die Kühlmittelkanalstruktur wenigstens einen Wärmetauscher umfasst, kann unter einem Abführen von Kühlmittel aus der Kühlmittelkanalstruktur bzw. einem Zuführen von Kühlmittel in die Kühlmittelkanalstruktur auch ein Abführen von Kühlmittel aus dem Wärmetauscher bzw. unter einem Zuführen von Kühlmittel in den Wärmetauscher verstanden werden. Mithin ist derart die Möglichkeit eines Wärmeaustauschs zwischen dem in der Kühlmittelkanalstruktur strömenden Kühlmittel und einem über eine externe Kühlmittelversorgungseinrichtung bereitgestellten Kühlmittel und somit ein Wärmeübertrag von dem in der Kühlmittelkanalstruktur strömenden Kühlmittel auf ein über eine externe Kühlmittelversorgungseinrichtung bereitgestelltes Kühlmittel zu verstehen. Das Ab- bzw. Zuführen von Kühlmittel aus der bzw. in die Kühlmittelkanalstruktur kann sonach insbesondere auch das Abführen einer bestimmten Wärmemenge aus dem in der Kühlmittelkanalstruktur strömenden Kühlmittel bedingen.
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Entsprechend kann es zweckmäßig vorgesehen sein, dass die Kühleinrichtung wenigstens einen in die Kühlmittelkanalstruktur geschalteten Wärmetauscher umfasst. Da der Wärmetauscher in die Kühlmittelkanalstruktur geschaltet ist, bildet er sonach einen Teil der Kühlmittelkanalstruktur. Der Wärmetauscher dient einem Wärmeaustausch zwischen dem in der Kühlmittelkanalstruktur strömenden Kühlmittel und einem über eine externe Kühlmittelversorgungseinrichtung bereitgestellten Kühlmittel bzw. einem Wärmeübertrag von dem in der Kühlmittelkanalstruktur strömenden Kühlmittel auf ein über eine externe Kühlmittelversorgungseinrichtung bereitgestelltes Kühlmittel.
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Die Erfindung betrifft ferner eine Ladeanordnung zum Laden eines elektrischen Energiespeichers eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines wie vorstehend beschriebenen Kraftfahrzeugs. Die Ladeanordnung weist auf:
- – einen kraftfahrzeugseitigen elektrischen Energiespeicher, welchem eine kraftfahrzeugseitige, eine von einem Kühlmittel durchströmbare oder durchströmte Kühlmittelkanalstruktur umfassende Kühleinrichtung zum Kühlen des elektrischen Energiespeichers zuordenbar oder zugeordnet ist,
- – eine mit dem kraftfahrzeugseitigen elektrischen Energiespeicher, insbesondere im Rahmen eines Ladevorgangs des elektrischen Energiespeichers, elektrisch verbindbare oder verbundene, elektrische Energie bereitstellende externe Energieversorgungseinrichtung, und
- – eine mit der kraftfahrzeugseitigen Kühlmittelkanalstruktur verbindbare oder verbundene externe Kühlmittelversorgungseinrichtung zum Ab- und/oder Zuführen von Kühlmittel aus der und/oder in die kraftfahrzeugseitige Kühlmittelkanalstruktur, wobei die Kühlmittelversorgungseinrichtung dazu eingerichtet ist, im in mit der kraftfahrzeugseitigen Kühlmittelkanalstruktur verbundenen Zustand sowie im Rahmen eines Ladevorgangs des kraftfahrzeugseitigen elektrischen Energiespeichers über die externe Energieversorgungseinrichtung Kühlmittel aus der kraftfahrzeugseitigen Kühlmittelkanalstruktur abzuführen und/oder Kühlmittel in die kraftfahrzeugseitige Kühlmittelkanalstruktur zuzuführen.
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Sämtliche Ausführungen hinsichtlich des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs gelten grundsätzlich analog für die erfindungsgemäße Ladeanordnung, und umgekehrt.
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Die erfindungsgemäße Ladeanordnung ermöglicht es also ebenso, im Rahmen eines Ladevorgangs wenigstens eines kraftfahrzeugseitigen elektrischen Energiespeichers über wenigstens eine externe Energieversorgungseinrichtung über wenigstens eine externe Kühlmittelversorgungseinrichtung, insbesondere verbrauchtes bzw. erwärmtes, Kühlmittel aus einer kraftfahrzeugseitigen Kühlmittelkanalstruktur abzuführen und/oder, insbesondere unverbrauchtes bzw. nicht erwärmtes, Kühlmittel in die kraftfahrzeugseitige Kühlmittelkanalstruktur zuzuführen. Gleichermaßen ist es ermöglicht, wie erwähnt, möglich, eine bestimmten Wärmemenge aus dem in der Kühlmittelkanalstruktur strömenden Kühlmittel abzuführen. In jedem Fall ist es sichergestellt, dass die kraftfahrzeugseitige Kühleinrichtung im Rahmen eines Ladevorgangs, insbesondere im Rahmen eines entsprechenden Schnellladevorgangs mit hohen Ladeleistungen, d. h. insbesondere Ladeleistungen oberhalb 50 kW, des kraftfahrzeugseitigen elektrischen Energiespeichers eine hinreichende Kühlleistung bieten kann und der kraftfahrzeugseitige elektrische Energiespeicher im Rahmen eines entsprechenden Ladevorgangs, insbesondere im Rahmen eines entsprechenden Schnellladevorgangs mit hohen Ladeleistungen, jedenfalls hinreichend gekühlt ist.
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Um die beschriebenen Prinzipien steuerungstechnisch umzusetzen, kann die erfindungsgemäße Ladeanordnung eine Steuereinrichtung umfassen, welche zur Steuerung des Betriebs der externen Energieversorgungseinrichtung und des Betriebs der externen Kühlmittelversorgungseinrichtung derart eingerichtet ist, dass die externe Kühlmittelversorgungseinrichtung in Betrieb genommen wird, wenn die externe Energieversorgungseinrichtung, insbesondere im Rahmen eines Ladevorgangs des kraftfahrzeugseitigen elektrischen Energiespeichers, elektrisch mit dem kraftfahrzeugseitigen elektrischen Energiespeicher verbunden ist. Die Steuereinrichtung kommuniziert über geeignete Kommunikationsverbindungen sonach typischerweise mit der externen Energieversorgungseinrichtung, der externen Kühlmittelversorgungseinrichtung sowie mit dem Kraftfahrzeug, so dass in der Steuereinrichtung stets sämtliche im Hinblick auf das erfindungsgemäße Prinzip relevanten Informationen vorliegen, auf Basis welcher diese, typischerweise durch Verwendung bestimmter Steueralgorithmen, insbesondere entsprechende Steuerbefehle für die externe Energieversorgungseinrichtung und die externe Kühlmittelversorgungseinrichtung erzeugt und so eine Steuerung des Betriebs der externen Energieversorgungseinrichtung und des Betriebs der externen Kühlmittelversorgungseinrichtung vornimmt.
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Typischerweise umfasst die Inbetriebnahme der externen Kühlmittelversorgungseinrichtung dementsprechend ein Ab- und/oder Zuführen von Kühlmittel, d. h. insbesondere bestimmter Mengen eines bestimmt temperierten Kühlmittels, aus der und/oder in die kraftfahrzeugseitige Kühlmittelkanalstruktur. Wie erwähnt, kann hierunter auch das Abführen einer bestimmten Wärmemenge aus dem in der Kühlmittelkanalstruktur strömenden Kühlmittel zu verstehen sein.
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In zweckmäßiger Weiterbildung der erfindungsgemäßen Ladeanordnung kann die Steuereinrichtung dazu eingerichtet sein, den Betrieb der externen Kühlmittelversorgungseinrichtung, insbesondere im Hinblick auf die Durchflussmenge bzw. Strömungsgeschwindigkeit und/oder Temperatur des Kühlmittels, in Abhängigkeit einer ermittelten, wenigstens einen Zustandsparameter des kraftfahrzeugseitigen elektrischen Energiespeichers, insbesondere den Ladezustand und/oder die Temperatur des kraftfahrzeugseitigen elektrischen Energiespeichers, beschreibenden Zustandsinformation und/oder in Abhängigkeit einer ermittelten, wenigstens einen Betriebsparameter, insbesondere den Ladestrom und/oder die Ladeleistung, der externen Energieversorgungseinrichtung beschreibenden Ladeinformation zu steuern. Der Betrieb der externen Kühlmittelversorgungseinrichtung und somit insbesondere die Menge und Temperatur des über diese in die Kühlmittelkanalstruktur zugeführten Kühlmittels und/oder die Menge des über diese aus der Kühlmittelkanalstruktur abgeführten Kühlmittels und/oder die aus dem in der Kühlmittelkanalstruktur strömenden Kühlmittels abgeführte Wärmemenge ist sonach im Hinblick auf durch die Zustandsinformation beschriebene Zustandsparameter des kraftfahrzeugseitigen elektrischen Energiespeichers wie auch im Hinblick auf durch die Ladeinformation beschriebene Betriebsparameter der externen Energieversorgungseinrichtung bedarfsgerecht anpassbar. Derart kann wiederum die Effizienz der Kühlung des elektrischen Energiespeichers verbessert werden.
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In struktureller Hinsicht kann die externe Kühlmittelversorgungseinrichtung eine Kühlmittelleitung und die kraftfahrzeugseitige Kühleinrichtung wenigstens ein mit der kraftfahrzeugseitigen Kühlmittelkanalstruktur verbindbares oder verbundenes kraftfahrzeugseitiges Anschlusselement umfassen, wobei die Kühlmittelleitung mit dem kraftfahrzeugseitigen Anschlusselement verbindbar oder verbunden ist. Die Kühlmittelleitung dient sonach als Bindeglied zwischen der externen Kühlmittelversorgungseinrichtung und – über das kraftfahrzeugseitige Anschlusselement – der kraftfahrzeugseitigen Kühlmittelkanalstruktur. Die Kühlmittelleitung ist sonach das Bauteil, über welches Kühlmittel ausgehend von der externen Kühlmittelversorgungseinrichtung in die kraftfahrzeugseitige Kühlmittelkanalstruktur, und umgekehrt, strömen kann. Separate Kühlmittelleitungsabschnitte zum Zuführen von Kühlmittel in die kraftfahrzeugseitige Kühlmittelkanalstruktur und separate Kühlmittelleitungsabschnitte zum Abführen von Kühlmittel aus der kraftfahrzeugseitigen Kühlmittelkanalstruktur können in einer einzigen Kühlmittelleitung oder in separaten Kühlmittelleitungen intergiert bzw. vorgesehen sein.
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Eine entsprechende Kühlmittelleitung ist grundsätzlich ein separates Bauteil zu einem entsprechenden Energieversorgungskabel bzw. Ladekabel, welches als Bindeglied zwischen der externen Energieversorgungseinrichtung und – über das kraftfahrzeugseitige Ladeanschlusselement – dem kraftfahrzeugseitigen elektrischen Energiespeicher dient. Gleichermaßen kann es, um den anlagentechnischen Umfang zu reduzieren sowie die Praktikabilität der erfindungsgemäßen Ladeanordnung zu erhöhen, möglich sein, dass die Kühlmittelleitung in das Energieversorgungskabel integriert ist. Gleiches gilt selbstverständlich für entsprechende Kühlmittelleitungsabschnitte, mithin kann wenigstens ein entsprechender Kühlmittelleitungsabschnitt in das Energieversorgungskabel integriert sein.
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Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Laden wenigstens eines elektrischen Energiespeichers eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines wie vorstehend beschriebenen Kraftfahrzeugs. Das Verfahren weist die folgenden Schritte auf:
- – Verbinden einer elektrische Energie bereitstellenden externen Energieversorgungseinrichtung mit einem kraftfahrzeugseitigen elektrischen Energiespeicher,
- – Verbinden einer externen Kühlmittelversorgungseinrichtung zum Ab- und/oder Zuführen von Kühlmittel aus einer und/oder in eine kraftfahrzeugseitige Kühlmittelkanalstruktur einer dem kraftfahrzeugseitigen elektrischen Energiespeicher zugeordneten kraftfahrzeugseitigen Kühleinrichtung mit einer kraftfahrzeugseitigen Kühlmittelkanalstruktur einer einem kraftfahrzeugseitigen elektrischen Energiespeicher zugeordneten kraftfahrzeugseitigen Kühleinrichtung,
- – Laden des kraftfahrzeugseitigen elektrischen Energiespeichers über die externe Energieversorgungseinrichtung,
- – in Betrieb nehmen der externen Kühlmittelversorgungseinrichtung derart, dass Kühlmittel aus der kraftfahrzeugseitigen Kühlmittelkanalstruktur abgeführt und/oder in die kraftfahrzeugseitige Kühlmittelkanalstruktur zugeführt wird.
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Sämtliche Ausführungen hinsichtlich des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs wie auch hinsichtlich der erfindungsgemäßen Ladeanordnung gelten grundsätzlich analog für das erfindungsgemäße Verfahren, und umgekehrt.
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In zweckmäßiger Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die externe Kühlmittelversorgungseinrichtung gleichzeitig mit dem Beginn des Ladens des kraftfahrzeugseitigen elektrischen Energiespeichers über die externe Energieversorgungseinrichtung in Betrieb genommen. Derart kann sichergestellt werden, dass der kraftfahrzeugseitige elektrische Energiespeicher im Rahmen eines Ladevorgangs, insbesondere im Rahmen eines entsprechenden Schnellladevorgangs mit hohen Ladeleistungen, d. h. insbesondere Ladeleistungen oberhalb 50 kW, hinreichend gekühlt wird.
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Der Betrieb der externen Kühlmittelversorgungseinrichtung kann, insbesondere im Hinblick auf die Durchflussmenge bzw. Strömungsgeschwindigkeit und/oder Temperatur des Kühlmittels, in Abhängigkeit einer ermittelten, wenigstens einen Zustandsparameter des kraftfahrzeugseitigen elektrischen Energiespeichers, insbesondere den Ladezustand und/oder die Temperatur des kraftfahrzeugseitigen elektrischen Energiespeichers, beschreibenden Zustandsinformation und/oder in Abhängigkeit einer ermittelten, wenigstens einen Betriebsparameter, insbesondere den Ladestrom und/oder die Ladeleistung, der externen Energieversorgungseinrichtung beschreibenden Ladeinformation gesteuert werden. Der Betrieb der externen Kühlmittelversorgungseinrichtung und somit insbesondere die Menge und Temperatur des über diese in die Kühlmittelkanalstruktur zugeführten Kühlmittels und/oder die Menge des über diese aus der Kühlmittelkanalstruktur abgeführten Kühlmittels und/oder die aus dem in der Kühlmittelkanalstruktur strömenden Kühlmittels abgeführte Wärmemenge kann im Hinblick auf durch die Zustandsinformation beschriebene Zustandsparameter des kraftfahrzeugseitigen elektrischen Energiespeichers wie auch im Hinblick auf durch die Ladeinformation beschriebene Betriebsparameter der externen Energieversorgungseinrichtung sonach bedarfsgerecht angepasst werden.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den im folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnung. Dabei zeigt die einzige Fig. eine Prinzipdarstellung einer Ladeanordnung zum Laden eines elektrischen Energiespeichers eines Kraftfahrzeugs.
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Die einzige Fig. zeigt eine Prinzipdarstellung einer Ladeanordnung 1 zum Laden eines elektrischen Energiespeichers 2 eines Kraftfahrzeugs 3. In der in der Fig. ist links ein Kraftfahrzeug 3 in Form eines Elektrokraftfahrzeugs bzw. eines Hybridkraftfahrzeugs und rechts eine elektrische Energie bereitstellende externe Energieversorgungseinrichtung 4 sowie eine Kühlmittel bereitstellende externe Kühlmittelversorgungseinrichtung 5 dargestellt. Die externe Energieversorgungseinrichtung 4 wie auch die externe Kühlmittelversorgungseinrichtung 5 sind sonach räumlich getrennt zu dem Kraftfahrzeug 3 angeordnet und stellen keine Teile des Kraftfahrzeugs 3 dar.
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Wie erwähnt, umfasst das Kraftfahrzeug 3 einen elektrischen Energiespeicher 2. Der elektrische Energiespeicher 2 ist typischerweise aus mehreren elektrisch miteinander verschalteten Energiespeicherzellen (nicht gezeigt) gebildet. Die Energiespeicherzellen können z. B. auf Lithium oder Lithiumverbindungen basieren.
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Um eine Kühlung des elektrischen Energiespeichers 2 zu ermöglichen, ist diesem eine eine von einem Kühlmittel, insbesondere einer Kühlflüssigkeit, wie z. B. Wasser oder einem Glykol-Wasser-Gemisch, durchströmte Kühlmittelkanalstruktur 6 umfassende Kühleinrichtung 7 zugeordnet. Die Strömungsrichtung des Kühlmittels ist durch die jeweiligen Pfeilspitzen angedeutet. Ersichtlich umgibt ein Abschnitt der Kühlmittelkanalstruktur 6 den elektrischen Energiespeicher 2 vollständig, so dass ein guter Wärmeaustausch zwischen dem elektrischen Energiespeicher 2 und dem durch die Kühlmittelkanalstruktur 6 strömenden Kühlmittel, d. h. insbesondere ein guter Wärmeübertrag von dem elektrischen Energiespeicher 2 auf das durch die Kühlmittelkanalstruktur 6 strömende Kühlmittel, möglich ist. Ersichtlich umfasst die Kühlmittelkanalstruktur 6 einen in diese geschalteten Wärmetauscher 8, dessen erfindungsgemäße Aufgabe und Funktion weiter unten näher erläutert ist.
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Die Kühleinrichtung 7 kann zusätzlich zu einer weiteren, dem elektrischen Energiespeicher 2 zugeordneten Kühleinrichtung (nicht gezeigt) vorgesehen sein, welche weitere Kühleinrichtung einer Kühlung des elektrischen Energiespeichers 2 im Rahmen eines Entladebetriebs, insbesondere während des Fahrbetriebs des Kraftfahrzeugs 3, dient. Die beschriebene Kühleinrichtung 7 kann sonach, wie sich im Weiteren noch ergibt, insbesondere dazu dienen, in gesonderter bzw. gegebenenfalls auch unterstützender Weise eine Kühlung des elektrischen Energiespeichers 2 im Rahmen eines Ladevorgangs sicherzustellen.
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Um ein Laden des elektrischen Energiespeichers 2 zu ermöglichen, umfasst das Kraftfahrzeug 3 ein mit dem elektrischen Energiespeicher 2 elektrisch verbindbares Ladeanschlusselement 9. Ersichtlich ist in die kraftfahrzeugseitige elektrische Verbindung zwischen dem Ladeanschlusselement 9 und dem elektrischen Energiespeicher 2 ein elektrisches Schaltelement 10 geschaltet, welches gegebenenfalls, d. h. z. B. aus Sicherheitsgründen, eine Unterbrechung der elektrischen Verbindung zwischen dem Ladeanschlusselement 9 und dem elektrischen Energiespeicher 2 ermöglicht.
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Das kraftfahrzeugseitige Ladeanschlusselement 9 ist als mit entsprechenden elektrischen Kontakten versehene Ladebuchse ausgebildet. Das Ladeanschlusselement 9 kann über ein Energieversorgungskabel 11 bzw. ein Ladekabel elektrisch mit der externen Energieversorgungseinrichtung 4 verbunden werden. Die über das Energieversorgungskabel 11 realisierte elektrische Verbindung zwischen dem kraftfahrzeugseitigen Ladeanschlusselement 9 und der externen Energieversorgungseinrichtung 4 erfolgt dadurch, dass ein mit entsprechenden elektrischen Kontakten versehener Ladestecker 12 des Energieversorgungskabels 11, wie in der Fig. gezeigt, an bzw. in die kraftfahrzeugseitige Ladebuchse an- oder eingesteckt wird. In diesem Zustand ist ein Laden des elektrischen Energiespeichers 2 über die externe Energieversorgungseinrichtung 4 grundsätzlich möglich.
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Ersichtlich umfasst das Kraftfahrzeug 3 ferner ein mit der Kühlmittelkanalstruktur 6 unter Zwischenschaltung des Wärmetauschers 8 verbundenes Anschlusselement 13 zum Verbinden der Kühlmittelkanalstruktur 6 mit der externen Kühlmittelversorgungseinrichtung 5. Über eine entsprechende Verbindung zwischen der externen Kühlmittelversorgungseinrichtung 5 und dem kraftfahrzeugseitigen Anschlusselement 13 ist es prinzipiell möglich, Kühlmittel in die Kühlmittelkanalstruktur 6 zuzuführen bzw. Kühlmittel aus der Kühlmittelkanalstruktur 6 abzuführen. Insbesondere ist über den Wärmetauscher 8 auch ein Wärmeaustausch zwischen dem in dem den elektrischen Energiespeicher 2 umgebenden Abschnitt der Kühlmittelkanalstruktur 6 strömenden Kühlmittel und dem in dem den elektrischen Energiespeicher 2 nicht umgebenden Abschnitt der Kühlmittelkanalstruktur 6 und sonach allgemein einem oder dem über die externe Kühlmittelversorgungseinrichtung 5 bereitgestellten Kühlmittel und somit ein Wärmeübertrag von dem in der Kühlmittelkanalstruktur 6 strömenden Kühlmittel auf ein oder das über die externe Kühlmittelversorgungseinrichtung 5 bereitgestellte(s) Kühlmittel möglich.
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Das kraftfahrzeugseitige Anschlusselement 13 ist als ein, typischerweise mit Dichtungselementen versehener, Anschlussstutzen ausgebildet.
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Das kraftfahrzeugseitige Anschlusselement 13 kann über eine Kühlmittelleitung 14 bzw. einen Kühlmittelschlauch fluiddicht mit der externen Kühlmittelversorgungseinrichtung 5 verbunden werden. Die über die Kühlmittelleitung 14 realisierte Verbindung zwischen dem kraftfahrzeugseitigen Anschlusselement 13 und der externen Kühlmittelversorgungseinrichtung 5 erfolgt dadurch, dass ein Gegenanschlussstutzen 15 der Kühlmittelleitung 14, wie in der Fig. gezeigt, an bzw. in den kraftfahrzeugseitigen Anschlussstutzen an- oder eingesteckt wird. In diesem Zustand ist ein Ab- und/oder Zuführen von Kühlmittel in die Kühlmittelkanalstruktur 6 über die externe Kühlmittelversorgungseinrichtung 5 grundsätzlich möglich. Ersichtlich umfasst die Kühlmittelleitung 14 einen Kühlmittelleitungsabschnitt 14a zum Zuführen von Kühlmittel in die Kühlmittelkanalstruktur 6 und einen Kühlmittelleitungsabschnitt 14b zum Abführen von Kühlmittel aus der Kühlmittelkanalstruktur 6.
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Durch den zwischen den den elektrischen Energiespeicher 2 unmittelbar umgebenden Abschnitt der Kühlmittelkanalstruktur 6 geschalteten Wärmetauscher 8 ist, wie erwähnt, ein Wärmeaustausch zwischen dem erwärmten durch den Wärmetauscher 8 strömenden Kühlmittel und dem über die externe Kühlmittelversorgungseinrichtung 5 bereitgestellten nicht erwärmten Kühlmittel und somit ein Wärmeübertrag von dem erwärmten durch den Wärmetauscher 8 strömenden Kühlmittel auf das nicht erwärmte durch den Wärmetauscher 8 strömende Kühlmittel möglich. Der Wärmeaustausch bzw. Wärmeübertrag ist durch die in der Fig. enthaltene Kennzeichnung von nicht erwärmtem Kühlmittel durch „T1” und erwärmtem Kühlmittel durch „T2” angedeutet.
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Das erfindungsgemäße Prinzip besteht nun im Wesentlichen darin, dass sich an dem Kraftfahrzeug 3 über eine entsprechende kraftfahrzeugseitige elektrische Schnittstelle in Form des kraftfahrzeugseitigen Ladeanschlusselements 9 einerseits eine externe Energieversorgungseinrichtung 4 und über eine entsprechende kraftfahrzeugseitige Kühlmittelschnittstelle in Form des kraftfahrzeugseitigen weiteren Anschlusselements 13 andererseits eine externe Kühlmittelversorgungseinrichtung 5 anschließen lässt.
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Es ist daher möglich, und im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Laden des elektrischen Energiespeicher 2 auch vorgesehen, im Rahmen eines über die externe Energieversorgungseinrichtung 4 erfolgenden Ladevorgangs des elektrischen Energiespeichers 2 über die externe Kühlmittelversorgungseinrichtung 5, insbesondere verbrauchtes bzw. erwärmtes, Kühlmittel aus der Kühlmittelkanalstruktur 6 abzuführen und/oder, insbesondere unverbrauchtes bzw. nicht erwärmtes, Kühlmittel in die Kühlmittelkanalstruktur 6 zuzuführen. Derart ist es sichergestellt, dass die Kühleinrichtung 7 im Rahmen eines Ladevorgangs, insbesondere im Rahmen eines entsprechenden Schnellladevorgangs mit hohen Ladeleistungen, d. h. insbesondere Ladeleistungen oberhalb 50 kW, des elektrischen Energiespeichers 2 eine hinreichende Kühlleistung bietet und der elektrische Energiespeicher 2 im Rahmen eines entsprechenden Ladevorgangs jedenfalls hinreichend gekühlt ist.
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Ersichtlich umfasst die Ladeanordnung 1 ferner eine Steuereinrichtung 16. Die Steuereinrichtung 16 ist hier außerhalb des Kraftfahrzeugs 3 angeordnet, die Steuereinrichtung 16 könnte jedoch prinzipiell auch in das Kraftfahrzeug 3 integriert sein. Die Steuereinrichtung 16 ist insbesondere dazu eingerichtet, den Betrieb der externen Energieversorgungseinrichtung 4 und den Betrieb der externen Kühlmittelversorgungseinrichtung 5 derart zu steuern, dass die externe Kühlmittelversorgungseinrichtung 5 unmittelbar in Betrieb genommen wird, wenn die externe Energieversorgungseinrichtung 4, insbesondere im Rahmen eines Ladevorgangs des kraftfahrzeugseitigen elektrischen Energiespeichers 2, elektrisch mit dem kraftfahrzeugseitigen elektrischen Energiespeicher 2 verbunden ist.
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Entsprechend kommuniziert die Steuereinrichtung 16 hierzu über geeignete Kommunikationsverbindungen mit der externen Energieversorgungseinrichtung 4 sowie mit der externen Kühlmittelversorgungseinrichtung 5. Eine Kommunikation mit dem kraftfahrzeugseitigen elektrischen Energiespeicher 2 ist beispielsweise über in die beschriebenen Schnittstellen zwischen dem Kraftfahrzeug 3 und der externen Energieversorgungseinrichtung 4 bzw. der externen Kühlmittelversorgungseinrichtung 5 integrierte Kommunikationsverbindungen realisierbar.
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Unter einer Inbetriebnahme der externen Kühlmittelversorgungseinrichtung 5 ist dabei insbesondere ein Ab- und/oder Zuführen von Kühlmittel aus der und/oder in die kraftfahrzeugseitige Kühlmittelkanalstruktur 6 zu verstehen.
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Typischerweise wird die externe Kühlmittelversorgungseinrichtung 5 dabei gleichzeitig, insbesondere spätestens, mit dem Beginn des Ladens des kraftfahrzeugseitigen elektrischen Energiespeichers 2 über die externe Energieversorgungseinrichtung 4 in Betrieb genommen. Derart kann sichergestellt werden, dass der kraftfahrzeugseitige elektrische Energiespeicher 2 im Rahmen eines Ladevorgangs, d. h. insbesondere auch im Rahmen eines entsprechenden Schnellladevorgangs mit hohen Ladeleistungen, d. h. insbesondere Ladeleistungen oberhalb 50 kW, hinreichend gekühlt wird.
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Die Steuereinrichtung 16 ist insbesondere auch dazu eingerichtet, den Betrieb der externen Kühlmittelversorgungseinrichtung 5, insbesondere im Hinblick auf die Durchflussmenge bzw. Strömungsgeschwindigkeit und/oder Temperatur des in die Kühlmittelkanalstruktur 6 zugeführten Kühlmittels, in Abhängigkeit einer ermittelten, wenigstens einen Zustandsparameter des kraftfahrzeugseitigen elektrischen Energiespeichers 2, insbesondere den Ladezustand und/oder die Temperatur des kraftfahrzeugseitigen elektrischen Energiespeichers 2, beschreibenden Zustandsinformation ZI und/oder in Abhängigkeit einer ermittelten, wenigstens einen Betriebsparameter, insbesondere den Ladestrom und/oder die Ladeleistung, der externen Energieversorgungseinrichtung 4 beschreibenden Ladeinformation LI zu steuern. Der Betrieb der externen Kühlmittelversorgungseinrichtung 5 und somit insbesondere die Menge und/oder Temperatur des über diese in die Kühlmittelkanalstruktur 6 zugeführten Kühlmittels sowie die Menge des über diese aus der Kühlmittelkanalstruktur 6 abgeführten Kühlmittels, d. h. insbesondere auch die aus dem in der Kühlmittelkanalstruktur 6 strömenden Kühlmittel abgeführte Wärmemenge, ist sonach im Hinblick auf durch die Zustandsinformation ZI beschriebene Zustandsparameter des kraftfahrzeugseitigen elektrischen Energiespeichers 2 wie auch im Hinblick auf durch die Ladeinformation LI beschriebene Betriebsparameter der externen Energieversorgungseinrichtung 4 individuell und bedarfsgerecht anpassbar.
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Ein über die in der Fig. gezeigte Ladeanordnung 1 implementierbares bzw. implementiertes Verfahren zum Laden des elektrischen Energiespeichers 2 des Kraftfahrzeugs 3 weist entsprechend in Grundzügen die folgenden Schritte auf:
- – Verbinden der elektrische Energie bereitstellenden externen Energieversorgungseinrichtung 4 mit dem kraftfahrzeugseitigen elektrischen Energiespeicher 2,
- – Verbinden der externen Kühlmittelversorgungseinrichtung 5 mit der kraftfahrzeugseitigen Kühlmittelkanalstruktur 6,
- – Laden des kraftfahrzeugseitigen elektrischen Energiespeichers 2 über die externe Energieversorgungseinrichtung 4 und
- – in Betrieb nehmen der externen Kühlmittelversorgungseinrichtung 6 derart, dass Kühlmittel aus der kraftfahrzeugseitigen Kühlmittelkanalstruktur 6 abgeführt und/oder in die kraftfahrzeugseitige Kühlmittelkanalstruktur 6 zugeführt wird.
