DE102015222703A1

DE102015222703A1 - Ladestation zum Aufladen von Energiespeichern von Kraftwagen sowie Speichereinrichtung für einen Kraftwagen

Info

Publication number: DE102015222703A1
Application number: DE102015222703.0A
Authority: DE
Inventors: Karsten Berg; Sebastian Siering; Florian Einoegg; Nicolas Flahaut; Michael Huber; Jan Mysliwietz; Andreas Ring
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2015-11-18
Filing date: 2015-11-18
Publication date: 2017-05-18

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Ladestation (7) zum Aufladen von zum Speichern von elektrischer Energie ausgebildeten Energiespeichern (6) von Kraftwagen (1), mit wenigstens einem Ladeanschluss (12), über welchen die bezogen auf die Kraftwagen externe Ladestation (7) mit dem jeweiligen Energiespeicher (6) elektrisch verbindbar ist und elektrische Energie zum Aufladen des jeweiligen Energiespeichers (6) von der Ladestation (7) bereitstellbar ist, wobei die Ladestation (7) wenigstens eine Temperiervorrichtung (27) zum Temperieren des Energiespeichers (6) aufweist. Insbesondere mit wenigstens einem Versorgungsanschluss (15), über welchen die Ladestation (7) mit einer zum Temperieren des jeweiligen Energiespeichers (6) ausgebildeten Temperierungseinrichtung (8) des jeweiligen Kraftwagens (1) fluidisch verbindbar ist und ein Fluid zum Temperieren des jeweiligen Energiespeichers (6) von der Ladestation (7) zu der Temperierungseinrichtung (8) zu führen ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Ladestation zum Aufladen von Energiespeichern von Kraftwagen gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 sowie eine Speichereinrichtung für einen Kraftwagen gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 7.
Derartige Ladestationen zum Aufladen von Energiespeichern von Kraftwagen sowie Speichereinrichtungen für Kraftwagen, insbesondere Elektrofahrzeuge oder Hybridfahrzeuge, sind aus dem allgemeinen Stand der Technik bereits hinlänglich bekannt. Eine solche Ladestation wird genutzt, um Energiespeicher von Kraftwagen, insbesondere von Hybridfahrzeugen oder Elektrofahrzeugen, mit elektrischer Energie beziehungsweise elektrischem Strom aufzuladen. Der jeweilige Energiespeicher ist beispielsweise als elektrochemischer Energiespeicher ausgebildet und wird genutzt, um elektrische Energie beziehungsweise elektrischen Strom zu speichern. Beispielsweise ist der Energiespeicher als Batterie ausgebildet.
Der beispielsweise als Hybridfahrzeug oder Elektrofahrzeug ausgebildete Kraftwagen umfasst üblicherweise wenigstens eine elektrische Maschine, welche auch als Traktionsmaschine bezeichnet wird. Dabei ist der Kraftwagen mittels der elektrischen Maschine antreibbar, wobei die elektrische Maschine mit in dem Energiespeicher gespeicherter elektrischer Energie versorgt werden kann. Durch das Versorgen der elektrischen Maschine mit elektrischer Energie aus dem Energiespeicher wird die in dem Energiespeicher gespeicherte Menge an elektrischer Energie geringer. Dies bedeutet, dass der Energiespeicher entladen wird.
Um die in dem Energiespeicher gespeicherte Menge an elektrischer Energie zu erhöhen, wird der Energiespeicher aufgeladen. Hierzu wird der Energiespeicher mit einer zuvor genannten, bezogen auf den jeweiligen Kraftwagen externen Ladestation elektrisch verbunden. Dabei weist die Ladestation wenigstens einen Ladeanschluss auf, über welchen die bezogen auf den jeweiligen Kraftwagen externe Ladestation mit dem jeweiligen Energiespeicher elektrisch verbindbar ist beziehungsweise verbunden wird. Ferner ist über den Ladeanschluss elektrische Energie zum Aufladen des jeweiligen Energiespeichers von der Ladestation bereitstellbar. Mit anderen Worten stellt die Ladestation zumindest in ihrem über den Ladeanschluss mit dem jeweiligen Energiespeicher elektrisch verbundenen Zustand elektrische Energie bereit, die über den Ladeanschluss von der Ladestation zu dem Energiespeicher geführt und in den Energiespeicher eingespeichert wird.
Üblicherweise ist der Energiespeicher Bestandteil einer Speichereinrichtung des jeweiligen Kraftwagens. Die Speichereinrichtung weist dabei wenigstens einen Aufladeanschluss auf, über welchen der jeweilige Energiespeicher mit der bezüglich des Kraftwagens externen Ladestation elektrisch verbindbar ist. Dies bedeutet, dass die Ladestation über den Ladeanschluss und den Aufladeanschluss mit dem Energiespeicher elektrisch verbunden wird, um dadurch den Energiespeicher über den Ladeanschluss und den Aufladeanschluss mit elektrischer Energie zu versorgen und dadurch aufzuladen.
Die Speichereinrichtung umfasst ferner eine Temperierungseinrichtung zum Temperieren, das heißt Kühlen und/oder Erwärmen des Energiespeichers. Dies bedeutet, dass die Temperierungseinrichtung als Kühleinrichtung zum Kühlen des Energiespeichers und/oder als Heizeinrichtung zum Erwärmen des Energiespeichers fungieren kann. Mittels der Temperierungseinrichtung ist es möglich, den Energiespeicher in einem vorteilhaften Temperaturbereich, das heißt bei einer vorteilhaften Temperatur, zu halten, sodass eine besonders vorteilhafte Speicherkapazität des Energiespeichers realisiert werden kann. Dadurch kann eine besonders hohe Reichweite, über die der Kraftwagen mittels elektrischer Energie aus dem Energiespeicher antreibbar ist, realisiert werden. Darüber hinaus können eine hohe Lebensdauer und eine hohe abrufbare Leistung des Energiespeichers realisiert werden.
Beispielsweise ist es möglich, den Energiespeichers mittels der Temperierungseinrichtung – insbesondere bei hohen Umgebungstemperaturen – zu kühlen. Bei geringen Außentemperaturen kann der Energiespeichers der Speicher beziehungsweise seine Zellen mittels der Temperierungseinrichtung beheizt werden, um schnell geladen werden zu können. Durch den Einsatz der Temperierungseinrichtung ist ein definiertes Thermomanagement realisierbar, mittels welchem der Energiespeicher in dem vorteilhaften Temperaturbereich gehalten werden kann. Insbesondere ist es mittels der Temperierungseinrichtung möglich, dass sich der beispielsweise als Akkumulator ausgebildete Energiespeicher während des Entladens und während des Aufladens in einem vorteilhaften Temperaturbereich befindet.
Der Energiespeicher weist beispielsweise eine Mehrzahl von Zellen oder Zellmodulen auf, wobei es sich beispielsweise um Batteriezellen beziehungsweise Batteriezellmodule handelt. Da der Energiespeicher mittels der Temperierungseinrichtung in dem vorteilhaften Temperaturbereich gehalten werden kann, kann eine übermäßige Alterung des Energiespeichers, das heißt eine übermäßige Degradierung von Eigenschaften der Zellen vermieden werden, sodass ein übermäßiges Absinken der Lebensdauer des Energiespeichers vermieden werden kann.
Zumindest ein Teil der Temperierungseinrichtung ist dabei üblicherweise im Inneren des Energiespeichers angeordnet, um übermäßig hohe und/oder geringe Temperaturen des Energiespeichers zu vermeiden. Der Energiespeicher wird üblicherweise auch als Hochvoltspeicher, insbesondere Hochvoltbatterie (HV-Batterie), bezeichnet, da der Energiespeicher eine sehr hohe elektrische Spannung, insbesondere Betriebsspannung, bereitstellt. Beispielsweise stellt der Energiespeicher eine elektrische Spannung von mehr als 50 Volt bereit.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Ladestation und eine Speichereinrichtung der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass eine besonders vorteilhafte Temperierung des Energiespeichers bezogen auf den Kraftwagen auf einfache, gewichts- und kostengünstige Weise realisierbar ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Ladestation mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch eine Speichereinrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 7 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Um eine Ladestation der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art derart weiterzuentwickeln, dass eine besonders vorteilhafte und bezogen auf den Kraftwagen einfache, kosten- und gewichtsgünstige Temperierung, das heißt Kühlung und/oder Erwärmung des Energiespeichers realisierbar ist, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Ladestation wenigstens eine Temperiervorrichtung zum Temperieren, das heißt Kühlen und/oder Erwärmen, des Energiespeichers aufweist. Dies bedeutet, dass der Energiespeichers des Kraftwagens mittels der bezogen auf den Kraftwagen externen Temperiervorrichtung gekühlt und/oder erwärmt werden kann. Der Erfindung liegt dabei insbesondere die Idee zugrunde, Komponenten zum effektiven Temperieren des Energiespeichers nicht als Komponenten des Kraftwagens, sondern als Komponenten der Ladestation und somit als von dem Kraftwagens externe Komponenten auszugestalten, sodass die Teileanzahl, die Kosten und das Gewicht des Kraftwagens gering gehalten werden können bei gleichzeitiger Realisierung einer hohen Kühlleistung zum Kühlen des Energiespeichers und/oder einer hohen Heizleistung zum Erwärmen des Energiespeichers.
Die Temperiervorrichtung der Ladestation umfasst beispielsweise eine Temperierplatte zum Temperieren, das heißt Kühlen und/oder Erwärmen des Energiespeichers. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn der Energiespeicher als großflächiger Unterbodenspeicher oder Unterflurspeicher ausgebildet ist, wobei der Energiespeicher eine große Fläche Erstreckung aufweist und beispielsweise im Bereich eines Unterbodens des Kraftwagens angeordnet ist. Dabei ist beispielsweise ein Fluid, insbesondere eine Flüssigkeit, vorgesehen, wobei die Temperiervorrichtung, insbesondere die Temperierplatte, von dem Fluid durchströmbar ist. Das Fluid wird beispielsweise mittels der Temperiervorrichtung temperiert. Zum Temperieren des Energiespeichers wird die Temperierplatte beispielsweise in Kontakt mit dem Energiespeicher bewegt. Infolge dieses Kontakts kann ein effektiver Wärmeaustausch zwischen der Temperierplatte und dem Energiespeicher stattfinden.
Ferner kann ein Wärmaustausch zwischen der Temperierplatte und dem die Temperierplatte durchströmenden Fluid stattfinden, sodass die Temperierplatte mittels des Fluids temperiert werden kann. Ferner kann dadurch der Energiespeicher unter Vermittlung der Temperierplatte mittels des Fluids temperiert werden. Insbesondere wird die Temperierplatte beim Laden des Energiespeichers in Kontakt mit diesem gebracht und gehalten. Beispielsweise durch einen Wärmeübergang von dem Energiespeicher an die Temperierplatte und von dieser an das Fluid kann der Energiespeicher gekühlt werden. Ferner ist es denkbar, dass ein Wärmeübergang von dem Fluid an die Temperierplatte und von dieser an den Energiespeicher erfolgt, sodass der Energiespeicher erwärmt beziehungsweise warmgehalten wird. Durch diese Ausgestaltung der Ladestation, insbesondere der Temperiervorrichtung, können Kühl- und Kältemittelanschlüsse zwischen dem Kraftwagen und der Ladestation Ladesäule vermieden werden.
Bei dieser Ausführungsform ist der Energiespeicher als Kontaktspeicher und die Temperierplatte als Kontaktplatte ausgebildet, welche in direkten Kontakt mit dem Energiespeicher gebracht wird. Infolge dieses direkten Kontakts zwischen der Temperierplatte und dem Energiespeicher kann ein effektiver Wärmeaustausch erfolgen. Beispielsweise ist eine Hubeinrichtung vorgesehen, mittels welcher die Temperierplatte, insbesondere in Fahrzeughochrichtung, anhebbar und absenkbar ist. Befindet sich beispielsweise der Energiespeicher beim Laden über der Temperierplatte, so wird diese mittels der Hubeinreichtung angehoben und dadurch auf den Energiespeicher zu und in Kontakt mit dem Energiespeicher bewegt. Nach dem Laden kann die Temperierplatte wieder abgesenkt und dadurch von dem Energiespeicher entfernt werden.
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung weisen die Temperiervorrichtung und somit die Ladestation wenigstens einen Versorgungsanschluss, insbesondere wenigstens einen zusätzlich zu dem Ladeanschluss vorgesehenen Versorgungsanschluss, auf, über welchen die Ladestation mit einer zum Temperieren, das heißt Kühlen und/oder Erwärmen des jeweiligen Energiespeichers ausgebildeten Temperierungseinrichtung des jeweiligen Kraftwagens fluidisch verbindbar ist, wobei über den Versorgungsanschluss ein Fluid, insbesondere eine Flüssigkeit, zum Temperieren, das heißt Kühlen und/oder Erwärmen des jeweiligen Energiespeichers von der Ladestation zu der Temperierungseinrichtung zu führen ist. Dies bedeutet, dass die Temperierungseinrichtung des Kraftwagens von der bezogen auf den Kraftwagen externen Ladestation mit dem Fluid versorgt werden kann, sodass das von der Ladestation bereitgestellte und über den Versorgungsanschluss von der Ladestation zur Temperierungseinrichtung geführte Fluid zum Temperieren des Energiespeichers genutzt werden kann. Dadurch kann eine besonders hohe Kühlleistung zum Kühlen und/oder eine besonders hohe Heizleistung zum Erwärmen des Energiespeichers realisiert werden, ohne dass hierzu gewichts- und kostenintensive, zusätzliche Maßnahmen am Kraftwagen erforderlich sind. Unter der bezogen auf den Kraftwagen externen Ausgestaltung der Ladestation ist zu verstehen, dass die Ladestation kein Bestandteil des Kraftwagens ist, sondern die Ladestation ist eine vom Kraftwagen unterschiedliche, zusätzlich zum Kraftwagen vorgesehene und in der Umgebung des Kraftwagens angeordnete Vorrichtung zum Bereitstellen von elektrischer Energie, mit welcher der Energiespeicher des Kraftwagens aufgeladen werden kann.
Der Erfindung liegt insbesondere die Erkenntnis zugrunde, dass Energiespeicher von modernen Kraftwagen, insbesondere Elektrofahrzeugen und Hybridfahrzeugen, stark in ihren Dimensionen wachsen, um besonders hohe elektrische Reichweiten der Kraftwagen zu realisieren. Zusätzlich steigt die Nachfrage nach immer kürzeren Ladezeiten, sodass der jeweilige Energiespeicher in besonders kurzer Zeit mit einer besonders hohen Menge an elektrischer Energie aufgeladen werden kann, und zwar mittels der Ladestation. Um die Ladezeit, die zum Aufladen des jeweiligen Energiespeichers erforderlich ist, besonders gering zu halten, wird eine hohe Menge an elektrischer Energie von der Ladestation an den Energiespeicher über den Ladeanschluss in kurzer Zeit übertragen. Dies führt üblicherweise zu hohen Temperaturen des Energiespeichers, falls keine entsprechenden Gegenmaßnahmen getroffen werden. Um übermäßig hohe Temperaturen des Energiespeichers auch bei sehr geringen Ladezeiten zu vermeiden, ist eine hohe Kühlleistung zum Kühlen des jeweiligen Energiespeichers erforderlich. Dies bedeutet, dass eine Reduzierung der Ladezeiten zu einem Anstieg der benötigten Kühlleistung führt. Üblicherweise – insbesondere bei einer reinen Anbindung der Temperierungseinrichtung an einen Klimakreislauf einer Klimaanlage des Kraftwagens – steht im Kraftwagen eine Kühlleistung von circa 5 Kilowatt zur Verfügung, wobei diese Kühlleistung üblicherweise durch die Klimaanlage beziehungsweise einen Kältemittel-Klimakreislauf (Klimakreislauf) einer Klimaanlage des Kraftwagens bereitgestellt wird. Durch Anbindung an einen Lüfter und/oder bei kalten Außentemperaturen kann die Kühlleistung höher als 5 Kilowatt sein.
Diese zur Verfügung stehende Kühlleistung wird üblicherweise zwischen dem Innenraum und dem Energiespeicher aufgeteilt. Diese Kühlleistung reicht zur Realisierung von Schnellladevorgängen, in deren Rahmen der Energiespeicher in besonders kurzer Zeit aufgeladen wird, nicht mehr aus. Es ist erkennbar, dass bei heutigen Kraftwagen die Kühlleistung zum Kühlen des Energiespeichers einzig und allein durch Komponenten des Kraftwagens bereitgestellt wird. Um die Kühlleistung zu erhöhen, wären im Vergleich zu heutigen, üblichen Kraftwagen zusätzliche Komponenten wie beispielsweise zusätzliche, weitere Verdichter zum Verdichten eines Kältemittels und/oder leistungsstärkere beziehungsweise größere Verdichter erforderlich. Diese zusätzlichen und/oder leistungsstärkeren Komponenten würden jedoch zu erhöhten Kosten, einem erhöhten Gewicht und einem erhöhten Bauraumbedarf führen.
Der Erfindung liegt nun die Idee zugrunde, eine besonders hohe Kühlleistung zum Kühlen und/oder eine besonders hohe Heizleistung zum Erwärmen des jeweiligen Energiespeichers des jeweiligen Kraftwagens nicht durch zusätzliche und/oder leistungsstärkere Komponenten des Kraftwagens, sondern dadurch zu realisieren, dass die bezogen auf den jeweiligen Kraftwagen externe Ladestation das Fluid bereitstellt, welches zum Temperieren (Kühlen und/oder Erwärmen) des Energiespeichers, das heißt zur Realisierung einer besonders hohen Kühlleistung und/oder Heizleistung verwendet werden kann. Dadurch kann eine besonders hohe Kühlleistung und/oder Heizleistung realisiert werden, ohne im Vergleich zu herkömmlichen Kraftwagen deren Anzahl an Komponenten zum Temperieren des Energiespeichers erhöhen zu müssen. Dadurch kann eine besonders hohe Kühlleistung und/oder Heizleistung auf einfache, gewichts- und kostengünstige Weise realisiert werden. Dadurch können beispielsweise auf Seiten des Kraftwagens Komponenten wie beispielsweise zusätzliche und/oder größere Verdichter, welche nur zur Realisierung von Schnellladevorgängen benötigt würden, vermieden werden, sodass das Gewicht des Kraftwagens besonders gering gehalten werden kann beziehungsweise sodass eine unnötige Gewichtserhöhung vermieden werden kann.
Die erfindungsgemäße Ladestation ist somit vorzugsweise als Schnellladestation ausgebildet, welche eine besonders hohe elektrische Spannung bereitstellt, um den Energiespeicher in kurzer Zeit mit einer besonders hohen Menge an elektrischer Energie zu versorgen. Zusätzlich ist die erfindungsgemäße Ladestation dazu ausgebildet, den Energiespeicher beziehungsweise die Temperierungseinrichtung zum Temperieren des Energiespeichers mit Fluid zu versorgen, um den Energiespeicher im Rahmen eines Schnellladevorgangs besonders effektiv kühlen und/oder bei geringen Umgebungsbedingungen effektiv heizen zu können.
Bei dem Fluid handelt es sich beispielsweise um ein Kältemittel, welches beispielsweise mittels eines Verdichters des Kraftwagens verdichtet und mittels einer Expansionseinrichtung des Kraftwagens expandiert werden kann, um dadurch beispielsweise den Energiespeicher zumindest mittelbar, insbesondere ein zusätzlich zu dem Fluid vorgesehenes, weiteres Fluid zu kühlen. Insbesondere ist es mittels des Kältemittels beispielsweise möglich, das weitere Fluid zu kühlen, um dann über das weitere Fluid den Energiespeicher zu kühlen. Ferner ist es denkbar, dass das Fluid ein Kältemittel ist, welches mittels eines Verdichters der Ladestation verdichtet und/oder mittels einer Expansionseinrichtung der Ladestation expandiert wird.
Als besonders vorteilhaft hat es sich jedoch gezeigt, wenn das Fluid ein Kühlfluid, insbesondere eine Kühlflüssigkeit, ist, wobei beispielsweise ein Wärmeübergang von dem Energiespeicher an das Kühlfluid erfolgen kann, wodurch der Energiespeicher gekühlt wird. Ferner ist es denkbar, dass das Fluid ein Heizfluid wie beispielsweise aufgewärmtes Wasser ist, das der Temperierungseinrichtung und somit dem Energiespeichers, insbesondere bei geringen Außentemperaturen, zugeführt wird. Das Heizfluid wird dabei beispielsweise mittels wenigstens eines Heizelements, insbesondere mittels eines elektrischen Heizelements, der Ladestation erwärmt.
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung weisen die Temperiervorrichtung und somit die Ladestation wenigstens ein Kühlelement zum Kühlen des Fluids auf. Mittels des Kühlelements der Ladestation kann das Fluid, welches von der Ladestation zu der Temperierungseinrichtung beziehungsweise dem Energiespeicher geführt wird, besonders gering gehalten werden, sodass eine besonders hohe Kühlleistung realisiert werden kann. Dadurch kann die Ladezeit zum Aufladen des Energiespeichers besonders gering gehalten werden, wobei gleichzeitig übermäßig hohe Temperaturen des Energiespeichers sicher vermieden werden können.
Das Kühlelement der Temperiervorrichtung und somit der Ladestation ist beispielsweise ein Wärmetauscher, über welchen ein Wärmeübergang von dem Fluid an ein weiteres Medium wie beispielsweise Luft erfolgen kann.
Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weisen die Temperiervorrichtung und somit die die Ladestation wenigstens einen Verdichter zum Verdichten des Fluids auf. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn das Fluid als das zuvor genannte Kältemittel ausgebildet ist. Mittels des Verdichters der Ladestation kann das Kältemittel verdichtet werden, sodass eine besonders hohe Kühlleistung realisiert werden kann. Insbesondere kann der Verdichter der Ladestation zusätzlich zu dem zuvor genannten Verdichter des Kraftwagens vorgesehen sein. Da der Verdichter der Ladestation Bestandteil der Ladestation und nicht des Kraftwagens ist, kann eine besonders hohe Kühlleistung realisiert werden, wobei gleichzeitig die Teileanzahl, die Kosten und das Gewicht des Kraftwagens selbst gering gehalten werden können. Insbesondere ist es denkbar, dass der Verdichter der Ladestation sehr groß und/oder sehr leistungsstark ausgebildet ist, wobei die Ladestation auch einen sehr großen und/oder leistungsstarken Kondensator umfassen kann.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist der Versorgungsanschluss dazu ausgebildet, das Fluid von der Ladestation zu der Temperierungseinrichtung des Kraftwagens und danach von der Temperierungseinrichtung zurück zur Ladestation zu führen. Dadurch kann eine besonders hohe Wärmemenge von dem Kraftwagen beziehungsweise dem Energiespeicher abgeführt und beispielsweise der Ladestation zugeführt werden, sodass der Energiespeicher effektiv und effizient gekühlt werden kann. Beispielsweise erfolgt im Rahmen des Kühlens des Energiespeichers ein Wärmeübergang von dem Energiespeicher an das Fluid, wodurch das Fluid erwärmt wird. Das erwärmte Fluid kann beispielsweise von dem Energiespeicher über den Versorgungsanschluss zurück zur Ladestation geführt werden, sodass dann beispielsweise das infolge des Wärmeübergangs erwärmte Fluid mittels des Kühlelements der Ladestation wieder gekühlt werden kann. Im Anschluss daran kann das gekühlte Fluid wieder dem Energiespeicher beziehungsweise der Temperierungseinrichtung über den Versorgungsanschluss zugeführt werden, sodass beispielsweise ein Kühlkreislauf gebildet ist, mittels welchem der Energiespeicher auf einfache, kosten- und gewichtsgünstige Weise effektiv gekühlt werden kann.
Ferner ist es denkbar, den Energiespeicher durch einen Wärmeübergang von dem Fluid an den Energiespeicher zu erwärmen, wodurch das Fluid abgekühlt wird. Dann wird das Fluid wieder zur Ladestation geleitet, sodass das Fluid dann mittels des Heizelements der Ladestation wieder erwärmt werden kann. Das erneut erwärmte Fluid kann dann beispielsweise wieder dem Energiespeicher zugeführt werden, um diesen weiter zu erwärmen beziehungsweise warmzuhalten.
Zur Realisierung einer besonders einfachen Handhabung ist es bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass der Ladeanschluss und der Versorgungsanschluss in einem gemeinsamen Stecker integriert sind. Hierdurch ist es beispielsweise möglich, den Ladeanschluss und den Versorgungsanschluss zeitgleich mit korrespondierenden Anschlüssen des Kraftwagens zu verbinden, sodass der Kraftwagen besonders einfach und komfortabel sowohl mit elektrischer Energie zum Aufladen des Energiespeichers als auch mit dem Fluid zum Temperieren des Energiespeichers versorgt werden kann.
Um eine Speichereinrichtung der im Oberbegriff des Patentanspruchs 7 angegebenen Art derart weiterzuentwickeln, dass eine besonders vorteilhafter Temperierung, das heißt Kühlung und/oder Erwärmung des Energiespeichers auf besonders einfache, kosten- und gewichtsgünstige Weise realisiert werden kann, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Speichereinrichtung wenigstens einen Temperieranschluss, insbesondere wenigstens einen zusätzlich zu dem Aufladeanschluss vorgesehenen Temperieranschluss, aufweist, über welchen die Temperierungseinrichtung mit der Ladestation verbindbar ist, wobei über den Temperieranschluss ein Fluid zum Temperieren (Kühlen und/oder Erwärmen) des Energiespeichers von der Ladestation zu der Temperierungseinrichtung zu führen beziehungsweise übertragbar ist. Vorteile und Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Ladestation sind als Vorteile und Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Speichereinrichtung anzusehen und umgekehrt.
In einem Zustand, in welchem die Temperierungseinrichtung mit der Ladestation über den Temperieranschluss verbunden ist, ist vorzugsweise ein von dem Fluid durchströmbarer Kreislauf geschlossen, sodass das Fluid beispielsweise zwischen der Temperierungseinrichtung und der Ladestation zirkulieren kann. Hierzu ist beispielsweise wenigstens ein Hinlauf von der Ladestation zur Temperierungseinrichtung und wenigstens ein Rücklauf von der Temperierungseinrichtung zurück zur Ladestation für das Fluid vorgesehen.
Über den Temperieranschluss kann die Speichereinrichtung mit dem Fluid versorgt werden, welches zur Kühlung des Energiespeichers genutzt werden kann. Dadurch kann eine besonders hohe Kühlleistung zum Kühlen des Energiespeichers realisiert werden, ohne dass hierzu zusätzliche, kosten- und gewichtsintensive Komponenten des Kraftwagens erforderlich sind.
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist der Temperieranschluss dazu ausgebildet, das Fluid von der Ladestation zu der Temperierungseinrichtung des Kraftwagens und danach von der Temperierungseinrichtung zurück zur Ladestation zu führen. Beispielsweise durch das Kühlen des Energiespeichers wird das Fluid, insbesondere im Rahmen eines Wärmeübergangs von dem Energiespeicher an das Fluid, erwärmt, sodass das erwärmte Fluid von der Temperierungseinrichtung abgeführt und zurück zur Ladestation geführt werden kann. Dadurch können besonders hohe Wärmemengen von dem Energiespeicher abtransportiert werden, sodass der Energiespeicher effektiv gekühlt werden kann. Ferner ist es denkbar, dass das Fluid beim Erwärmen oder Warmhalten des Energiespeichers infolge eines Wärmeübergangs von dem Energiespeicher an das Fluid gekühlt wird. Dann kann das Fluid von der Temperierungseinrichtung zurück zur Ladestation geführt werden, mittels welcher das Fluid wieder erwärmt werden kann.
Um die Speichereinrichtung auf besonders einfache Weise mit der bezogen auf den Kraftwagen externen Ladestation zu verbinden, ist es bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass der Aufladeanschluss und der Temperieranschluss in einem gemeinsamen Stecker integriert sind.
Die Ladestation wird üblicherweise auch als Ladesäule bezeichnet und ist nicht Bestandteil beziehungsweise Komponente des Kraftwagens, sondern in dessen Umgebung angeordnet. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass der Speichereinrichtung beziehungsweise Temperierungseinrichtung über ein Kabel beziehungsweise eine Leitung verbunden wird. Zur Erfindung gehört auch ein Kraftwagen, welcher beispielsweise als Elektrofahrzeug oder Hybridfahrzeug ausgebildet ist und wenigstens eine erfindungsgemäße Speichereinrichtung umfasst. Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Speichereinrichtung sind dabei als Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Kraftwagens anzusehen und umgekehrt.
Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele mit den zugehörigen Zeichnungen. Dabei zeigen:
1 eine schematische Darstellung eines Kraftwagens gemäß einer ersten Ausführungsform, mit einem Energiespeicher zum Speichern von elektrischer Energie und mit einer Temperierungseinrichtung zum Temperieren des Energiespeichers;
2 eine weitere schematische Darstellung des Kraftwagens, wobei die Temperierungseinrichtung und der Energiespeicher mit einer bezogen auf den Kraftwagen externen Ladestation verbunden sind, über welche der Energiespeicher mit elektrischem Strom und die Temperierungseinrichtung mit einem Fluid zum Temperieren des Energiespeichers versorgbar ist;
3 eine schematische Darstellung des Kraftwagens gemäß einer zweiten Ausführungsform;
4 eine weitere schematische Darstellung des Kraftwagens gemäß der zweiten Ausführungsform, der mit der externen Ladestation verbunden ist;
5 eine schematische Vorderansicht von Anschlüssen gemäß einer ersten Ausführungsform, über die der Kraftwagen mit der Ladestation verbindbar ist; und
6 schematische Vorderansichten der Anschlüsse gemäß einer zweiten Ausführungsform.
In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.
1 zeigt in einer schematischen Darstellung einen im Ganzen mit 1 bezeichneten Kraftwagen, welcher als Elektrofahrzeug oder Hybridfahrzeug ausgebildet ist. Der Kraftwagen 1 ist beispielsweise als Personenkraftwagen ausgebildet und umfasst eine Vorderachse 2 mit zwei Rädern 3, welche Vorderräder des Kraftwagens 1 sind. Ferner umfasst der Kraftwagen 1 eine in Fahrzeuglängsrichtung hinter der Vorderachse 2 angeordnete Hinterachse 4, welche weitere Räder 5 in Form von Hinterrädern des Kraftwagens 1 umfasst. Über die Räder 3 und 5 rollt der Kraftwagen 1 bei seiner Fahrt auf einer Fahrbahn ab.
Der Kraftwagen 1 umfasst wenigstens eine in 1 nicht dargestellte elektrische Maschine, welche zum Antreiben des Kraftwagens 1 ausgebildet ist und demzufolge als Traktionsmaschine bezeichnet wird. Hierzu ist die elektrische Maschine beispielsweise in einem Motorbetrieb und somit als Elektromotor betreibbar, mittels welchem der Kraftwagen 1 elektrisch, das heißt mit Hilfe von elektrischer Energie beziehungsweise elektrischem Strom angetrieben werden kann.
Um die elektrische Maschine in dem Motorbetrieb zu betreiben, umfasst der Kraftwagen 1 wenigstens einen Energiespeicher 6 zum Speichern von elektrischer Energie beziehungsweise elektrischem Strom. Der Energiespeicher 6 ist beispielsweise als elektrochemischer Energiespeicher ausgebildet und umfasst eine Mehrzahl von Zellen oder Zellmodulen, welche auch als Batteriezellen beziehungsweise Batteriezellmodule bezeichnet werden. Die Zellen sind beispielsweise elektrisch miteinander verbunden und dabei in Reihe oder parallel geschaltet, sodass der Energiespeicher 6 eine besonders hohe elektrische Spannung als Betriebsspannung bereitstellen kann. Der Energiespeicher 6 dabei als Hochvoltspeicher (HV-Speicher) ausgebildet. Dies bedeutet, dass der Energiespeicher 6 eine elektrische Spannung von wesentlich mehr als 50 Volt, insbesondere von wesentlich mehr als 60 Volt, bereitstellt. Beispielsweise stellt der Energiespeicher 6 eine elektrische Spannung von mehr als 100 Volt, insbesondere von mehr als 200 Volt, bereit. Dadurch kann eine besonders hohe Leistung der elektrischen Maschine realisiert werden. Der Energiespeicher 6 kann insbesondere als Batterie ausgebildet sein, wobei die Batterie als Hochvolt-Batterie (HV-Batterie) ausgebildet ist.
Die elektrische Maschine ist mit der in dem Energiespeicher 6 gespeicherten elektrischen Energie versorgbar. Durch dieses Versorgen der elektrischen Maschine mit in dem Energiespeicher 6 gespeicherter elektrischer Energie wird der Energiespeicher 6 entladen. Um die in dem Energiespeicher 6 gespeicherte Menge an elektrischer Energie zu erhöhen, wird der Energiespeicher 6 aufgeladen. Darunter ist zu verstehen, dass dem Energiespeicher 6 elektrische Energie beziehungsweise elektrischer Strom zugeführt wird, wobei der dem Energiespeicher 6 zugeführte elektrische Strom im Energiespeicher 6 gespeichert wird.
Zum Aufladen des Energiespeichers 6 kann vorgesehen sein, dass die elektrische Maschine in einem Generatorbetrieb und somit als Generator betreibbar ist. In dem Generatorbetrieb wird die elektrische Maschine von wenigstens einem der sich drehenden Räder 3 und 5 und somit von kinetischer Energie des Kraftwagens 1 angetrieben, wobei mittels des Generators zumindest ein Teil der kinetischen Energie des Kraftwagens 1 in elektrische Energie umgewandelt wird. Hierdurch wird der Kraftwagen 1 abgebremst. Dieser Vorgang wird auch als Rekuperation bezeichnet. Zumindest ein Teil der von dem Generator bereitgestellten elektrischen Energie kann dem Energiespeicher 6 zugeführt und in dem Energiespeicher 6 gespeichert werden.
Eine weitere Möglichkeit, den Energiespeicher 6 mit elektrischer Energie aufzuladen, ist, den Energiespeicher 6 mit einer bezogen auf den Kraftwagen 1 externen und in 2 gezeigten Ladestation 7 elektrisch zu verbinden, wobei das Aufladen des Energiespeichers 6 über die Ladestation 7 im Folgenden näher erläutert wird. Aus 2 ist erkennbar, dass die Ladestation 7, welche auch als Ladesäule bezeichnet wird, eine bezogen auf den Kraftwagen 1 externe Vorrichtung ist. Darunter ist zu verstehen, dass die Ladestation 7 eine vom Kraftwagen 1 unterschiedliche, zusätzliche zum Kraftwagen 1 vorgesehene Vorrichtung ist, welche kein Bestandteil des Kraftwagens 1 und vorliegend in der Umgebung des Kraftwagens 1 angeordnet ist.
Um während des Betriebs des Kraftwagens 1 sowie während des Entladens und Aufladens des Energiespeichers 6 übermäßige Temperaturen des Energiespeichers 6 zu vermeiden, umfasst der Kraftwagen 1 eine im Ganzen mit 8 bezeichnete Temperierungseinrichtung, welche beispielsweise als Kühleinrichtung zum Kühlen des Energiespeichers 6 betreibbar ist. Alternativ oder zusätzlich ist die Temperierungseinrichtung 8 als Heizeinrichtung betreibbar, mittels welcher der Energiespeicher 6, insbesondere bei geringen Außentemperaturen, erwärmbar ist. Somit ist die Temperierungseinrichtung 8 zum Temperieren, das heißt Kühlen und/oder Erwärmen des Energiespeichers 6 ausgebildet. Die folgenden Ausführungen stehen zur Schaffung eines anschaulichen Beispiels im Zusammenhang mit dem Kühlen des Energiespeichers 6, können jedoch ohne weiteres auch das Erwärmen des Energiespeichers 6 übertragen werden.
Die Temperierungseinrichtung 8, vorliegend in ihrer Funktion als Kühleinrichtung, weist wenigstens einen in den Fig. nicht erkennbaren, in dem Energiespeicher 6 angeordneten Teil auf, sodass der Energiespeicher 6 mittels der Temperierungseinrichtung 8 gekühlt werden kann. Die Temperierungseinrichtung 8 weist beispielsweise wenigstens einen Kühlkreislauf auf, welcher von einem Fluid, insbesondere einer Flüssigkeit, oder einem Fas-Flüssigkeits-Gemisch durchströmbar ist. Das Fluid ist beispielsweise ein Kältemittel. Insbesondere ist der in dem Energiespeicher 6 angeordnete Teil der Temperierungseinrichtung 8 von dem Fluid durchströmbar. Die Temperierungseinrichtung 8 umfasst beispielsweise eine in 1 und 2 nicht dargestellte Klimaanlage zum Temperieren des Innenraums des Kraftwagens 1. Dies bedeutet, dass der Innenraum des Kraftwagens 1 mittels der Klimaanlage mit temperierter, das heißt gekühlter und/oder erwärmter Luft, versorgt werden kann, sodass im Innenraum bedarfsgerecht Temperaturen eingestellt werden können. Bei der in 1 und 2 gezeigten Ausführungsform des Kraftwagens 1 ist ein direkter Anschluss des Energiespeichers 6 an die Klimaanlage vorgesehen, sodass die Klimaanlage und der Energiespeicher 6 von dem gleichen beziehungsweise demselben Fluid durchströmbar sind.
Beispielsweise kann ein Wärmeübergang von dem Energiespeicher 6 an das den genannten Teil und somit den Energiespeicher 6 durchströmende Fluid erfolgen, wodurch der Energiespeicher 6 gekühlt und das Fluid erwärmt wird, insbesondere dann, wenn das Fluid ein Kühlmittel ist. Ist das Fluid beispielsweise das zuvor genannte Kältemittel, so erfolgt infolge des Wärmeübergangs ein Phasenübergang des Kältemittels von flüssig zu gasförmig, wobei sich das Kältemittel nicht oder nur sehr geringfügig erwärmt. Die Temperierungseinrichtung 8 umfasst dabei wenigstens ein Kühlelement, welches vorliegend beispielsweise als Wärmetauscher 9 ausgebildet ist. Wie durch einen Richtungspfeil 10 veranschaulicht ist, kann das Fluid vom Wärmetauscher 9 zum Energiespeicher 6 strömen, sodass das Fluid infolge des geschilderten Wärmeübergangs erwärmt wird. Das erwärmte Fluid kann – wie in 1 durch einen Richtungspfeil 11 veranschaulicht ist – von dem Energiespeicher 6 zurück zum Wärmetauscher 9 strömen und den Wärmetauscher 9 durchströmen. Über den Wärmetauscher 9 kann ein Wärmeübergang von dem Fluid an ein den Wärmetauscher 9 umströmendes Medium wie beispielsweise Luft erfolgen, wodurch das Fluid wieder gekühlt wird. Bei Verwendung einer Klimaanlage erfolgt beispielsweise ein Wärmeübergang von dem Fluid an ein Kältemittel der Klimaanlage. Im Anschluss daran kann das Fluid wieder vom Wärmetauscher 9 dem Energiespeicher 6 zugeführt werden, sodass der Energiespeicher 6 effektiv und effizient gekühlt werden kann. 1 veranschaulicht das Kühlen des Energiespeichers 6 bei einer Fahrt des Kraftwagens 1, bei welcher der Wärmetauscher 9 besonders gut von Luft umströmt wird. Dadurch kann das den Wärmetauscher 9 durchströmende Fluid besonders gut gekühlt werden.
2 veranschaulicht das Laden des Energiespeichers 6 mittels der Ladestation 7. Aus 2 ist erkennbar, dass die Ladestation wenigstens einen Ladeanschluss 12 aufweist, über welchen die externe Ladestation 7 mit dem Energiespeicher 6 elektrisch verbindbar beziehungsweise verbunden ist, sodass über den Ladeanschluss 12 elektrische Energie zum Aufladen des Energiespeichers 6 von der Ladestation 7 bereitstellbar ist beziehungsweise bereitgestellt wird. Ferner ist der Energiespeicher 6 Bestandteil einer im Ganzen mit 13 bezeichneten Speichereinrichtung, welche die Temperierungseinrichtung 8 und den Energiespeicher 6 umfasst. Ferner umfasst die Speichereinrichtung 13 einen kraftwagenseitigen Aufladeanschluss 14, über welchen der Energiespeicher 6 mit der externen Ladestation 7 elektrisch verbindbar beziehungsweise verbunden ist. Zum Aufladen des Energiespeichers 6 mit elektrischer Energie wird die Ladestation 7 mit dem Energiespeicher 6 beispielsweise derart elektrisch verbunden, dass der Ladeanschluss 12 mit dem Aufladeanschluss 14, beispielsweise über wenigstens ein Kabel, elektrisch verbunden wird. Dadurch kann elektrische Energie, welche von der Ladestation 7 bereitgestellt wird, über den Ladeanschluss 12 an den Aufladeanschluss 14 und somit an den Energiespeicher 6 übertragen werden, sodass die von der Ladestation 7 bereitgestellte elektrische Energie in dem Energiespeicher 6 gespeichert werden kann.
Die zum Aufladen des Energiespeichers 6 erforderliche Zeit wird auch als Ladezeit bezeichnet. Um die Ladezeit besonders gering zu halten, ist es erforderlich, eine besonders hohe Menge an elektrischer Energie in besonders kurzer Zeit von der Ladestation 7 über den Ladeanschluss 12 und den Aufladeanschluss 14 an den Energiespeicher 6 zu übertragen. Um besonders geringe Ladezeiten zu realisieren und dabei eine übermäßige Erwärmung des Energiespeichers 6 sowie übermäßige Kosten, eine übermäßige Teileanzahl und ein übermäßiges Gewicht des Kraftwagens 1 zu vermeiden, weist die Ladestation 7 wenigstens eine Temperiervorrichtung 27 auf, mittels welcher – wie im Folgenden noch genauer erläutert wird – der Energiespeicher 6 temperierbar, das heißt zu kühlen und/oder zu erwärmen ist. Dabei weist die Temperiervorrichtung 27 wenigstens einen Versorgungsanschluss 15 auf, über welchen die Temperiervorrichtung 27 und somit die Ladestation 7 mit der zum Kühlen des Energiespeichers 6 ausgebildeten Temperierungseinrichtung 8, insbesondere mit dem genannten Kühlkreislauf, fluidisch verbindbar sind, wobei über den Versorgungsanschluss 15 ein Fluid zum Kühlen des Energiespeichers 6 von der Temperiervorrichtung 27 beziehungsweise der Ladestation 7 zur Temperierungseinrichtung 8 zu führen ist beziehungsweise geführt wird. Dies bedeutet, dass die externe Ladestation 7, insbesondere die Temperiervorrichtung 27, über den Versorgungsanschluss 15 ein Fluid bereitstellt, welches im Folgenden als Kühlfluid bezeichnet wird. Dieses Kühlfluid ist vorzugsweise eine Flüssigkeit, insbesondere eine Kühlflüssigkeit, welche von der Ladestation 7 über den Versorgungsanschluss 15 bereitgestellt werden kann beziehungsweise bereitgestellt wird. Das Kühlfluid kann jedoch alternativ das zuvor genannte Gas-Flüssigkeits-Gemisch sein.
Ferner weist die Speichereinrichtung 13 wenigstens einen Temperieranschluss vorliegend in Form eines Kühlanschlusses 16 auf, über welchen die Temperierungseinrichtung 8 mit der Ladestation 7 verbindbar beziehungsweise verbunden ist, wobei über den Kühlanschluss 16 das zuvor genannte Kühlfluid zum Kühlen des Energiespeichers 6 von der Ladestation 7 zu der Temperierungseinrichtung 8 (Kühleinrichtung) zu führen ist beziehungsweise geführt wird. Aus 2 ist erkennbar, dass die Speichereinrichtung 13, insbesondere die Temperierungseinrichtung 8, über den Kühlanschluss 16 fluidisch mit dem Versorgungsanschluss 15 und somit der Ladestation 7 verbunden wird, sodass das von der Ladestation 7 bereitgestellte Kühlfluid über den Versorgungsanschluss 15 und den Kühlanschluss 16 von der Ladestation 7 zur Temperierungseinrichtung 8 und somit insbesondere zum Energiespeicher 6 geführt werden kann. Der Versorgungsanschluss 15 und der Kühlanschluss 16 sind somit Anschlüsse, welche fluidisch miteinander verbindbar beziehungsweise verbunden sind, um das von der Ladestation 7 bereitgestellte Kühlfluid von der Ladestation 7 an die Temperierungseinrichtung 8, insbesondere den Energiespeicher 6, zu führen.
Wie in 2 durch einen Richtungspfeil 17 veranschaulicht ist, kann das von der Ladestation 7 bereitgestellte Kühlfluid von der Ladestation 7 zur Temperierungseinrichtung 8 strömen. Das von der Ladestation 7 bereitgestellte Kühlfluid kann insbesondere den genannten, in dem Energiespeicher 6 angeordneten Teil und/oder einen zusätzlich dazu vorgesehenen Teil durchströmen, sodass beispielsweise ein Wärmeübergang von dem Energiespeicher 6 an das von der Ladestation 7 bereitgestellte Kühlfluid erfolgen kann. Dadurch wird der Energiespeicher 6 gekühlt, wobei das Kühlfluid erwärmt wird.
Durch einen Richtungspfeil 18 ist veranschaulicht, dass der Versorgungsanschluss 15 und der Kühlanschluss 16 (Anschlüsse) dazu ausgebildet sind, das Kühlfluid von der Temperiervorrichtung 27 und somit von der Ladestation 7 zur Temperierungseinrichtung 8 des Kraftwagens 1 und danach, das heißt nach dem Kühlen des Energiespeichers 6, von der Temperierungseinrichtung 8 und somit von dem Energiespeicher 6 zurück zur Temperiervorrichtung 27 beziehungsweise zur Ladestation 7 zu führen. Dadurch ist es beispielsweise möglich, das durch den geschilderten Wärmeübergang erwärmte Kühlfluid von dem Energiespeicher 6 abzutransportieren und zurück zur Ladestation 7 zu führen, sodass besonders hohe Wärmemengen von dem Energiespeicher 6 abgeführt werden können, insbesondere, während der Energiespeicher 6 geladen wird. Durch dieses Kühlen des Energiespeichers 6 kann eine besonders hohe Kühlleistung zum Kühlen des Energiespeichers 6 realisiert werden, ohne dass hierzu gewichts- und kostenintensive, zusätzliche Komponenten des Kraftwagens 1 erforderlich sind.
Die Temperiervorrichtung 19 und somit die Ladestation 7 weisen beispielsweise wenigstens ein von dem Kühlfluid durchströmbares Kühlelement 19 auf, mittels welchem das Kühlfluid gekühlt werden kann. Das erwärmte Kühlfluid kann beispielsweise durch das Kühlelement 19 strömen, welches beispielsweise als Wärmetauscher ausgebildet ist. Über das Kühlelement 19 kann ein Wärmeübergang von dem Kühlfluid an ein das Kühlelement 19 umströmendes, weiteres Medium erfolgen, wodurch das Kühlfluid gekühlt wird. Nach diesem Kühlen des Kühlfluids kann das Kühlfluid vom Kühlelement 19 über den Versorgungsanschluss 15 wieder zum Energiespeicher 6 geleitet werden, um den Energiespeicher 6 zu kühlen.
Bei dem weiteren Medium handelt es sich beispielsweise um Luft oder das zuvor genannte Kältemittel der Klimaanlage. Da die Ladestation 7 beispielsweise ortsfest ist und sich demzufolge nicht bewegt, sodass das Kühlelement 19 nicht von Fahrtwind umströmt werden kann, ist es beispielsweise zur Realisierung einer besonders hohen Kühlleistung der Ladestation 7 vorgesehen, dass die Ladestation 7 einen in 2 nicht dargestellten Lüfter zum Fördern von Luft umfasst. Die mittels des Lüfters geförderte Luft kann beispielsweise das Kühlelement 19 umströmen, sodass ein Wärmeübergang von dem Kühlfluid über das Kühlelement 19 an die mittels des Lüfters geförderte Luft erfolgen kann. Dadurch kann das Kühlfluid mittels der Ladestation 7 effektiv gekühlt werden, sodass wiederum der Energiespeicher 6 besonders gut gekühlt werden kann.
Um die Ladezeit besonders gering zu halten, ist die Ladestation 7 vorzugsweise als Schnellladestation ausgebildet. Dadurch kann ein sogenanntes Schnellladen realisiert werden. Hierzu stellt die Ladestation 7 eine besonders hohe elektrische Spannung bereit, sodass in kurzer Zeit eine besonders hohe Menge an elektrischem Strom von der Ladestation 7 an den Energiespeicher 6 übertragen werden kann. Um nun den Energiespeicher 6 besonders effektiv während des Ladens kühlen zu können, ist sind die Temperiervorrichtung 27 und somit die Ladestation 7 beispielsweise mit wenigstens einem Kältemittelkreislauf und/oder einem Flüssigkeitskreislauf ausgestattet. Dadurch kann während des Ladens des Energiespeichers 6 der Energiespeicher 6 mit dem Kühlfluid versorgt werden.
Unter dem Kältemittelkreislauf der Temperiervorrichtung 27 beziehungsweise der Ladestation 7 ist ein von einem Kältemittel durchströmbarer Kältemittelkreislauf zu verstehen. In diesem Kältemittelkreislauf sind beispielsweise ein Verdichter zum Verdichten des Kältemittels sowie eine Expansionseinrichtung zum Expandieren des verdichteten Kältemittels angeordnet. Ferner können in dem Kältemittelkreislauf beispielsweise ein Verdampfer zum Verdampfen des Kältemittels und/oder ein Kondensator zum Kondensieren des Kältemittels angeordnet sein. In Strömungsrichtung des Kältemittels durch den Kältemittelkreislauf ist der Kondensator stromab des Verdichters und die beispielsweise als Expansionsmaschine ausgebildete Expansionseinrichtung stromab des Kondensators angeordnet, wobei der Verdampfer stromab der Expansionseinrichtung und stromauf des Verdichters angeordnet ist. Mittels des Verdampfers kann das Kältemittel verdampft werden, wodurch das Kältemittel über den Verdampfer Wärme aufnehmen kann. Somit ist es beispielsweise möglich, das zuvor genannte und vorzugsweise als Flüssigkeit, insbesondere Kühlflüssigkeit, ausgebildete Kühlfluid infolge eines Wärmeübergangs von dem Kühlfluid über den Verdampfer an das Kältemittel der Ladestation 7 zu kühlen, woraufhin das gekühlte Kühlfluid wieder der Temperierungseinrichtung 8 (Kühleinrichtung) beziehungsweise dem Energiespeicher 6 zugeführt werden kann. Dadurch sind das Kühlfluid und das Kältemittel zwei voneinander unterschiedliche und insbesondere fluidisch voneinander getrennte Medien, welche jeweilige, fluidisch voneinander getrennte Kreisläufe durchströmen. Dabei durchströmt das Kühlfluid einen von dem Kältemittelkreislauf unterschiedlichen, zusätzlich vorgesehenen Kühlkreislauf, welcher beispielsweise ein Wasserkreislauf ist, wobei in diesem Wasserkreislauf beziehungsweise Kühlkreislauf der Energiespeicher 6 angeordnet ist.
Die Temperierungseinrichtung 8 kann einen beispielsweise als Wärmetauscher ausgebildeten und dem als Hochvoltspeicher ausgebildete Energiespeicher 6 zugeordneten Kühler umfassen, mittels welchem der Energiespeicher 6 zu kühlen ist. Dieser Kühler des Hochvoltspeichers kann beispielsweise als Verdampfer ausgeführt werden und somit direkt über das Kältemittel den Hochvoltspeicher kühlen, indem das Kältemittel, das dem Verdampfer von der Ladestation 7 beziehungsweise deren Kältemittelkreislauf zugeführt wird, in dem als Verdampfer wirkenden Kühler verdampft wird. Hierdurch kann ein Flüssigkeitskreislauf, insbesondere in der Temperierungseinrichtung 8, entfallen. Ferner kann dadurch der oben genannte Verdampfer der Ladestation 7 entfallen.
In der in 1 und 2 gezeigten ersten Ausführungsform jedoch ist ein vorzugsweise als Wasserkreislauf ausgebildeter Kühlkreislauf vorgesehen, in dem der Energiespeicher 6 und vorliegend das Kühlelement 19 angeordnet sind.
Ferner ist es denkbar, einen von einem Kältemittel durchströmbaren Kältemittelkreislauf des Kraftwagens 1, insbesondere der Temperierungseinrichtung 8 beziehungsweise der Klimaanlage, mit der Ladestation 7 zu verbinden, welche beispielsweise einen Verdichter zum Verdichten des Kältemittels aufweist. Dieser Verdichter der Ladestation 7 ist insbesondere ein Verdichter, welcher zusätzlich zu einem Verdichter der Klimaanlage vorgesehen ist, sodass mit Hilfe des Verdichters der Ladestation 7 die Klimaanlage beziehungsweise die Temperierungseinrichtung 8 beim Kühlen des Energiespeichers 6 unterstützt werden kann. Da die Ladestation 7 und ihre Komponenten jedoch keine Komponenten des Kraftwagens 1 sind, kann die hohe Kühlleistung zum Kühlen des Energiespeichers 6 ohne zusätzliche, kosten- und gewichtsintensive Komponenten des Kraftwagens 1 realisiert werden. Das Kühlfluid ist beispielsweise kaltes Wasser, dem Glykol beigemischt ist, sodass ein Gemisch aus Wasser und Glykol gebildet ist, das der Temperierungseinrichtung 8 des Energiespeichers 6 zugeführt werden kann. Mittels dieses Gemisches, das der Temperierungseinrichtung 8 von der Ladestation 7 zugeführt wird, kann der Energiespeicher 6, insbesondere während des Ladens, besonders effektiv gekühlt werden.
3 und 4 zeigen eine zweite Ausführungsform des Kraftwagens 1. Bei dieser zweiten Ausführungsform ist der Energiespeicher 6 nicht direkt mit der Klimaanlage verbunden, sondern die Temperierungseinrichtung 8 (Kühleinrichtung) weist einen der Klimaanlage zugeordneten Primärkreislauf 20 und einen den Energiespeicher 6 durchströmbaren Sekundärkreislauf 21 auf, wobei der zuvor genannte, in dem Energiespeicher 6 angeordnete Teil der Temperierungseinrichtung 8 Teil des Sekundärkreislaufes 21 ist. Der Primärkreislauf 20 und der Sekundärkreislauf 21 sind beispielsweise fluidisch voneinander getrennt, jedoch, insbesondere über einen Wärmetauscher 22, wärmeübertragungstechnisch miteinander gekoppelt, sodass beispielsweise das den Sekundärkreislauf 21 durchströmende Kühlfluid zum Kühlen des Energiespeichers 6 mittels des Primärkreislaufs 20, insbesondere mittels des zuvor genannten Kältemittels der Klimaanlage, gekühlt werden kann, und zwar über den Wärmetauscher 22. Dabei ist es beispielsweise vorgesehen, dass der Primärkreislauf 20 von dem Kältemittel durchströmbar ist.
Auch bei der zweiten Ausführungsform ist es vorgesehen, den Energiespeicher 6 über den Versorgungsanschluss 15 und den Kühlanschluss 16 mit der Temperiervorrichtung 27 und somit der Ladestation 7 zu verbinden, sodass die Temperierungseinrichtung 8, insbesondere der Energiespeicher 6, mit dem von der Temperiervorrichtung 27 bereitgestellten Kühlfluid, welches zum Kühlen des Energiespeichers 6 genutzt werden kann, versorgt wird.
5 zeigt eine erste Ausführungsform eines Steckers 23, in welchen sowohl der Versorgungsanschluss 15 beziehungsweise der Kühlanschluss 16 als auch der Ladeanschluss 12 beziehungsweise der Aufladeanschluss 14 integriert sind. Dabei umfassen der Versorgungsanschluss 15 beziehungsweise der Kühlanschluss 16 Anschlusselemente 24, über welche das Kühlfluid von der Ladestation 7 zur Temperierungseinrichtung 8 beziehungsweise umgekehrt von der Temperierungseinrichtung 8 zurück zur Ladestation 7 geführt werden kann. Der Ladeanschluss 12 beziehungsweise der Aufladeanschluss 14 ist dabei als Schnellladeanschluss ausgebildet, um den Energiespeicher 6 in besonders kurzer Zeit aufzuladen.
6 zeigt eine zweite Ausführungsform der Anschlüsse, wobei es bei der zweiten Ausführungsform vorgesehen ist, dass der Versorgungsanschluss 15 beziehungsweise der Kühlanschluss 16 in einen ersten Stecker 25 und der Ladeanschluss 12 beziehungsweise der Aufladeanschluss 14 in einen vom ersten Stecker 25 unterschiedlichen, zusätzlich dazu vorgesehenen zweiten Stecker 26 integriert ist. Der Stecker 25 ist somit ein Kühlstecker zum Führen des Kühlfluids, während der Stecker 26 ein Ladestecker zum Übertragen von elektrischem Strom ist. Die Stecker 25 und 26 sind relativ zueinander bewegbar, sodass der Versorgungsanschluss 15 beziehungsweise der Ladeanschluss 12 relativ zum Kühlanschluss 16 beziehungsweise zum Aufladeanschluss 14 bewegbar ist. Bei der ersten Ausführungsform hingegen wird der Versorgungsanschluss 15 beziehungsweise der Kühlanschluss 16 zusammen mit dem Ladeanschluss 12 beziehungsweise dem Aufladeanschluss 14 bewegt.
Insgesamt ist aus 1 bis 6 erkennbar, dass gewichts-, kosten- und bauraumintensive Komponenten, insbesondere Kühlkreisläufe, zum Kühlen des Energiespeichers 6 ausgelagert und dabei zu Bestandteilen der Ladestation 7 werden, sodass diese Komponenten nicht ständig im Kraftwagen 1 mitgeführt werden können. Dem Kraftwagen 1 liegt dabei die Idee zugrunde, dass hohe Kühlleistungen und somit hohe Kühlanforderungen nicht während des normalen Fahrbetriebs, sondern lediglich bei Schnellladevorgängen bestehen, sodass die zusätzlichen Komponenten lediglich beim Aufladen des Energiespeichers 6 erforderlich sind. Um somit die Kosten und das Gewicht des Kraftwagens 1 gering zu halten, sind die zusätzlichen Komponenten Bestandteile der Ladestation 7, welche somit sowohl das Aufladen als auch die Kühlung des Energiespeichers 6 übernimmt. Da die Ladestation 7 eine stationäre Anlage ist, können besonders hohe Kühlleistungen realisiert werden, ohne die Kosten und das Gewicht des Kraftwagens 1 zu beeinträchtigen.
Bezugszeichenliste

1: Kraftwagen
2: Vorderachse
3: Rad
4: Hinterachse
5: Rad
6: Energiespeicher
7: Ladestation
8: Temperierungseinrichtung
9: Wärmetauscher
10: Richtungspfeil
11: Richtungspfeil
12: Ladeanschluss
13: Speichereinrichtung
14: Aufladeanschluss
15: Versorgungsanschluss
16: Kühlanschluss
17: Richtungspfeil
18: Richtungspfeil
19: Kühlelement
20: Primärkreislauf
21: Sekundärkreislauf
22: Wärmetauscher
23: Stecker
24: Anschlusselement
25: Stecker
26: Stecker
27: Temperiervorrichtung

Claims

Ladestation (7) zum Aufladen von zum Speichern von elektrischer Energie ausgebildeten Energiespeichern (6) von Kraftwagen (1), mit wenigstens einem Ladeanschluss (12), über welchen die bezogen auf die Kraftwagen externe Ladestation (7) mit dem jeweiligen Energiespeicher (6) elektrisch verbindbar ist und elektrische Energie zum Aufladen des jeweiligen Energiespeichers (6) von der Ladestation (7) bereitstellbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Ladestation (7) wenigstens eine Temperiervorrichtung (27) zum Temperieren des Energiespeichers (6) aufweist.
Ladestation (7) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperiervorrichtung (27) wenigstens einen Versorgungsanschluss (15) aufweist, über welchen die Ladestation (7) mit einer zum Temperieren des jeweiligen Energiespeichers (6) ausgebildeten Temperierungseinrichtung (8) des jeweiligen Kraftwagens (1) fluidisch verbindbar ist und ein Fluid zum Temperieren des jeweiligen Energiespeichers (6) von der Ladestation (7) zu der Temperierungseinrichtung (8) zu führen ist.
Ladestation (7) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperiervorrichtung (27) wenigstens ein Kühlelement (19) zum Kühlen des Fluids aufweist.
Ladestation (7) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperiervorrichtung (27) wenigstens einen Verdichter zum Verdichten des Fluids aufweist.
Ladestation (7) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Versorgungsanschluss (15) dazu ausgebildet ist, das Fluid von der Ladestation (7) zu der Temperierungseinrichtung (8) des Kraftwagens (1) und danach von der Temperierungseinrichtung (8) zurück zur Ladestation (7) zu führen.
Ladestation (7) nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Ladeanschluss (12) und der Versorgungsanschluss (15) in einen gemeinsamen Stecker (23) integriert sind.
Speichereinrichtung (13) für einen Kraftwagen (1), mit wenigstens einem Energiespeicher (6) zum Speichern von elektrischer Energie, mit welcher wenigstens eine elektrische Maschine zum Antreiben des Kraftwagens (1) versorgbar ist, mit wenigstens einem Aufladeanschluss (14), über welchen der Energiespeicher (6) mit einer bezüglich des Kraftwagens externen Ladestation (7) zum Aufladen des Energiespeichers (6) elektrisch verbindbar ist, und mit einer Temperierungseinrichtung (8) zum Temperieren des Energiespeichers (6), dadurch gekennzeichnet, dass, die Speichereinrichtung (13) wenigstens einen Temperieranschluss (16) aufweist, über welchen die Temperierungseinrichtung (8) mit der Ladestation (7) verbindbar ist und ein Fluid zum Temperieren des Energiespeichers (6) von der Ladestation (7) zu der Temperierungseinrichtung (8) zu führen ist.
Speichereinrichtung (13) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Temperieranschluss (16) dazu ausgebildet ist, das Fluid von der Ladestation (7) zu der Temperierungseinrichtung (8) des Kraftwagens und danach von der Temperierungseinrichtung (8) zurück zur Ladestation (7) zu führen.
Speichereinrichtung (13) nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Aufladeanschluss (14) und der Temperieranschluss (16) in einen gemeinsamen Stecker (23) integriert sind.
Kraftwagen (1), insbesondere Elektrofahrzeug oder Hybridfahrzeug, mit wenigstens einer Speichereinrichtung (13) nach einem der Ansprüche 7 bis 9.