DE102016202407A1 - Ladestation zum Laden eines elektrischen Energiespeichers eines Fahrzeugs - Google Patents
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Abstract
Ladestation zum Laden eines elektrischen Energiespeichers eines Fahrzeugs, wobei die Ladestation eine Einrichtung aufweist, mittels der elektrische Leistung in das Fahrzeug einspeisbar ist und die Ladestation eine Kühleinrichtung aufweist, die dazu vorgesehen ist, dem Fahrzeug Wärme zu entziehen.
Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft eine Ladestation gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
- Wenn elektrische Energiespeicher von Fahrzeugen schnell geladen werden, z. B. mit einer Ladeleistung in der Größenordnung von 300 kW, bestehen beträchtliche Wärmemengen (z. B. in der Größenordnung von 15 bis 20 kW), die vom Fahrzeug bzw. dem elektrischen Energiespeicher abgeführt werden müssen, um ein Überhitzen zu vermeiden. Bei manchen „elektrifizierten Fahrzeugen“ sind die elektrischen Energiespeicher an den Kältemittelkreislauf der Klimaanlage angeschlossen, d. h. sie werden von der Klimaanlage gekühlt. Bei anderen Fahrzeugen weisen die elektrischen Energiespeicher einen separaten Kühlmittelkreislauf auf. Insbesondere bei hohen Umgebungslufttemperaturen ist es schwierig, die beim Schnellladen entstehende Wärmeleistung abzuführen.
- Aufgabe der Erfindung ist es, eine zum Schnellladen eines elektrischen Energiespeichers eines Fahrzeugs geeignete Ladestation zu schaffen, die den oben erläuterten Herausforderungen Rechnung trägt.
- Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
- Ausgangspunkt der Erfindung ist eine Ladestation zum Laden, insbesondere zum Schnellladen, eines elektrischen Energiespeichers eines Fahrzeugs, wobei die Ladestation eine Einrichtung aufweist, mittels der elektrische Leistung in das Fahrzeug einspeisbar ist.
- Unter dem Begriff „Schnellladen“ versteht man in diesem Zusammenhang Ladevorgänge mit einer Ladeleistung von mehr als 100 kW, vorzugsweise Ladeleistungen von mehr als 200 bzw. 250 oder 300 kW.
- Der Kern der Erfindung besteht darin, dass die Ladestation eine Kühleinrichtung aufweist, die dazu vorgesehen ist, dem Fahrzeug Wärme zu entziehen. Eine im Fahrzeug vorgesehene Klimaanlage bzw. eine im Fahrzeug vorgesehene Kühleinrichtung zum Kühlen des elektrischen Energiespeichers kann also während des Ladens durch eine stationär an der Ladestation vorgesehene Kühleinrichtung unterstützt werden. Dadurch wird auch bei hohen Ladeleistungen (Schnellladen) und/oder hohen Umgebungslufttemperaturen eine hinreichende Wärmeabfuhr aus dem Fahrzeug bzw. dem elektrischen Energiespeicher des Fahrzeugs sichergestellt und somit ein Überhitzen des elektrischen Energiespeichers zuverlässig verhindert.
- Nach einer Weiterbildung der Erfindung weist die Ladestation eine Einrichtung auf, mittels der dem Fahrzeug ein Kühlmedium zuführbar ist. Bei dieser Einrichtung kann es sich beispielsweise um eine Gebläse- oder Pumpeinrichtung handeln, mittels der Kühlmedium in Richtung des Fahrzeugs förderbar ist. Ferner kann eine Leiteinrichtung vorgesehen sein, mittels der Kühlmedium dem Fahrzeug gezielt an vorgegebenen Stellen oder in vorgegebenen Bereichen des Fahrzeugs zuführbar ist. Bei der eiteinrichtung kann es sich z.B. um einen Strömungskanal (z.B. ein Rohr) handeln, durch das Kühlmedium gezielt an vorgegebenen Stellen oder in vorgegebenen Bereichen des Fahrzeugs zuführbar ist. Alternativ dazu kann es sich bei der Leiteinrichtung z.B. auch um ein Leitblech o.ä. handeln, welches Kühlmedium zu vorgegebenen Stellen oder in vorgegebene Bereiche des Fahrzeugs leitet.
- Das Kühlmedium kann z. B. gekühlte Luft sein. Über die Leiteinrichtung kann gekühlte Luft dem Fahrzeug „gezielt“ über mindestens eine Funktionsöffnung (wie z. B. einen Umgebungslufteinlass bzw. Kühlerlufteinlass) zugeführt werden. Auf diese Weise kann Kühlluft beispielsweise direkt in den Motorraum oder ein sonstiges Kompartiment des Fahrzeugs eingeleitet werden, wo z. B. ein Verdampfer einer Klimaanlage des Fahrzeugs, an welche der elektrische Energiespeicher thermisch angeschlossen ist, angeordnet ist.
- Vorzugsweise ist die Temperatur des dem Fahrzeug zugeführten Kühlmediums (z. B. Kühlluft) geringer als die Umgebungslufttemperatur. Auf diese Weise kann insbesondere bei hohen Umgebungslufttemperaturen die Kühlung des elektrischen Energiespeichers während des Ladens wirksam unterstützt werden.
- Zum Herunterkühlen des dem Fahrzeug zuzuführenden Kühlmediums kann die Ladestation beispielsweise mit einer Klimaanlage ausgestattet werden, welche die dem Fahrzeug zuzuführende Kühlluft entsprechend temperiert. Alternativ oder ergänzend dazu kann das dem Fahrzeug zuzuführende Kühlmedium auch mittels Wasser aus der Umgebung, z. B. mittels Grundwasser oder dem Wasser eines sich in der Nähe befindlichen Flusses, abgekühlt werden.
- Nach einer Weiterbildung der Erfindung weist die Ladestation ein Dach auf, unter dem das ganze Fahrzeug oder zumindest ein Teil des Fahrzeugs, insbesondere ein Großteil des Fahrzeugs oder die Hälfte des Fahrzeugs abstellbar ist. An heißen Tagen kann das Fahrzeug also während des Ladens im Schatten abgestellt werden, wodurch sich das Aufheizen des Fahrzeugs aufgrund der Sonneneinstrahlung minimieren und gleichzeitig die Wärmeabfuhr aus dem Ladeprozess unterstützen lässt.
- Auf dem Dach der Ladestation können Solarzellen angeordnet sein, welche an sonnigen Tagen die Ladestation mit Strom versorgen bzw. welche erzeugten Strom in ein stationäres Stromnetz einspeisen.
- Nach einer Weiterbildung der Erfindung handelt es sich bei der Einrichtung zum Einspeisen elektrischer Leistung in das Fahrzeug um eine induktive Energieübertragungseinrichtung, die dazu vorgesehen ist, drahtlos elektrische Energie in das Fahrzeug einzuspeisen. Alternativ oder ergänzend dazu kann die Ladestation mit einem Kabel ausgestattet sein, über welches das Fahrzeug direkt, d. h. kabelgebunden, an die Ladestation angeschlossen werden kann.
- Ferner kann vorgesehen sein, dass die Ladestation eine elektronische Kommunikationseinrichtung aufweist, über welche die Ladestation mit dem Fahrzeug oder mit einem Mobiltelefon eines Nutzers des zu ladenden Fahrzeugs kommunizieren kann. Über diese Kommunikationseinrichtung können diverse Betriebsparameter bzw. Ladeparameter ausgetauscht werden. Insbesondere können der Ladestation über eine derartige Kommunikationseinrichtung „Ladeparameter“ vorgegeben werden, welche während des Ladens des Energiespeichers eingehalten werden müssen.
- Ferner kann vorgesehen sein, dass die Ladestation mit einer elektronisch gesteuerten „Positionierungseinrichtung“ ausgestattet ist, mittels der das Fahrzeug ausgehend von einer Vorpositionierung, in die es vom Fahrer gebracht wurde, in eine Endpositionierung gebracht werden kann, in welcher der Energiespeicher des Fahrzeugs geladen werden kann.
- Durch die „Vernetzung“ bzw. Kommunikation des Fahrzeugs mit der Ladestation ergibt sich die Möglichkeit, das Fahrzeug und die Ladestation vollautomatisch relativ zueinander zu positionieren und/oder einen Ladestecker über eine entsprechende Steckerverbindungseinrichtung vollautomatisch gesteuert mit dem Fahrzeug elektrisch zu verbinden. Beispielsweise könnte das Fahrzeug der Ladestation die genaue Position seines elektrischen Ladeanschlusses (z.B. Ladebuchse) mitteilen und eine Steckerpositionierungseinrichtung könnte auf Basis der Positionsdaten des Ladeanschlusses automatisch gesteuert eine elektrische Verbindung zwischen der Ladestation bzw. einem Ladekabel der Ladestation und dem Ladeanschluss herstellen, was ein „vollautomatisches Laden“ im Sinne eines automatischen Positionieren des Fahrzeugs und eines elektrischen Verbindens des Fahrzeugs mit der Ladestation ermöglicht.
- Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist die Ladestation als ein durch ein Tor verschließbarer Raum ausgebildet, in dem das Fahrzeug abstellbar ist, ähnlich wie dies bei einer Garage, insbesondere bei einer Einzelgarage, der Fall ist. Die Kühleinrichtung, d.h. eine Einrichtung, welche gekühltes Medium erzeugt und dem Fahrzeug zuführt kann in dem verschließbaren Raum angeordnet sein.
- Dabei kann vorgesehen sein, dass die Kühlrichtung im Umluftbetrieb betreibbar ist, d.h. in einem Betriebsmodus, in dem die Kühleinrichtung ein vom Fahrzeug erwärmtes Medium ansaugt, diesem Wärme entzieht und z.B. an die Umgebungsluft oder an Grundwasser oder an Flusswasser oder an eine andere Wärmesenke abgibt, und das abgekühlte Medium dem Fahrzeug zuführt, wo es dem Fahrzeug erneut Wärme entzieht und dieses bzw. den Energiespeicher des Fahrzeugs kühlt.
- Im Folgenden wird die Erfindung zusammen mit der Zeichnung noch näher erläutert. Die einzige
1 zeigt das Grundprinzip der Erfindung in schematischer Darstellung. -
1 zeigt eine Ladestation1 mit einer Ladesäule2 . Eine an einem Fahrzeug3 vorgesehene Steckdose4 kann über ein Ladekabel5 elektrisch an die Ladesäule2 angeschlossen werden. Auf diese Weise kann ein im Fahrzeug verbauter elektrischer Energiespeicher (z. B. Hochvoltspeicher (Betriebsspannung mehr als 60 Volt)) geladen werden. - Alternativ zu einem Ladekabel kann vorgesehen sein, dass die Ladestation
1 eine hier nicht näher dargestellte induktive Energieübertragungseinrichtung (Spulenanordnung) aufweist, über die kabellos elektrische Leistung in das Fahrzeug3 einspeisbar ist. Eine derartige induktive Energieübertragungseinrichtung kann z. B. in einen Boden der Ladestation integriert oder auf dem Boden6 der Ladestation1 angeordnet sein. Der stationäre Teil einer derartigen Energieübertragungseinrichtung wirkt dann induktiv mit einer im Unterbodenbereich des Fahrzeugs angeordneten Spulenanordnung zusammen. - Die in
1 gezeigte Ladestation1 weist ein Dach7 auf, unter dem das Fahrzeug3 abgestellt werden kann. Bei sonnigem Wetter kann das Fahrzeug im Schatten abgestellt werden, was den Vorteil hat, dass es sich nicht so stark aufheizt und dass die beim Laden entstehende Abwärme besser an die Umgebung abgeführt werden kann. - Zur Unterstützung einer im Fahrzeug angeordneten Klimaanlage oder einer im Fahrzeug angeordneten Kühleinrichtung mittels der der elektrische Energiespeicher während des Ladens gekühlt wird, weist die Ladestation eine Kühleinrichtung
8 auf, welche dem Fahrzeug3 aktiv gekühlte Luft zuführt. Die Kühleinrichtung8 weist eine Wärmetauschereinrichtung9 auf, mittels der Umgebungsluft gekühlt werden kann. - Die gekühlte Umgebungsluft kann mittels eines Gebläses
10 dem Fahrzeug zugeführt werden, was durch einen Pfeil11 angedeutet ist. Durch eine hier nur äußerst schematisch dargestellte Luftleiteinrichtung12 wird die gekühlte Luft gezielt über Funktionsöffnungen des Fahrzeugs (z. B. über einen Kühlerlufteinlass, der in einem Frontbereich13 des Fahrzeugs angeordnet sein kann, in den „Motorraum“ des Fahrzeugs3 geblasen, wo die gekühlte Luftwärme von einem thermisch mit dem elektrischen Energiespeicher gekoppelten Wärmetauscher aufnimmt und an die Umgebung abführt. Die Kühlluft könnte alternativ oder ergänzend dazu auch direkt in ein Kompartiment des Fahrzeugs geblasen bzw. geleitet werden, in dem der elektrische Energiespeicher des Fahrzeugs angeordnet ist.
Claims (16)
- Ladestation (
1 ) zum Laden eines elektrischen Energiespeichers eines Fahrzeugs (3 ), wobei die Ladestation (1 ) eine Einrichtung (2 ,5 ) aufweist, mittels der elektrische Leistung in das Fahrzeug (3 ) einspeisbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Ladestation (1 ) eine Kühleinrichtung (8 ) aufweist, die dazu vorgesehen ist, dem Fahrzeug Wärme zu entziehen. - Ladestation nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Ladestation (
1 ) eine Einrichtung (10 ) aufweist, mittels der dem Fahrzeug (3 ) ein Kühlmedium zuführbar ist. - Ladestation nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Gebläse- oder Pumpeinrichtung (
10 ) vorgesehen ist, mittels der Kühlmedium in Richtung des Fahrzeugs (3 ) förderbar ist. - Ladestation nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Leiteinrichtung (
12 ) vorgesehen ist, mittels der Kühlmedium dem Fahrzeug (3 ) an den vorgegebenen Stellen (13 ) und in den vorgegebenen Bereichen zuführbar ist. - Ladestation nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlmedium Kühlluft ist.
- Ladestation nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiteinrichtung (
12 ) dazu vorgesehen ist, Kühlluft über mindestens eine Funktionsöffnung, insbesondere über mindestens einen Umgebungslufteinlass, dem Fahrzeug zuzuführen. - Ladestation nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur des dem Fahrzeug (
3 ) zugeführten Kühlmediums geringer als die Umgebungslufttemperatur ist. - Ladestation nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Ladestation eine Klimaanlage aufweist, mittels der das dem Fahrzeug (
3 ) zuzuführende Kühlmedium abgekühlt wird. - Ladestation nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das dem Fahrzeug zuzuführende Kühlmedium mittels Umgebungswasser, insbesondere mittels Grundwasser oder Flusswasser, abgekühlt wird.
- Ladestation nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Ladestation (
1 ) ein Dach (7 ) aufweist, das so groß ist, dass darunter das ganze Fahrzeug oder zumindest ein Teil des Fahrzeugs oder zumindest die Hälfte des Fahrzeugs abstellbar ist. - Ladestation nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem Dach (
7 ) Solarzellen angeordnet sind, welche die Ladestation (1 ) mit Strom versorgen oder welche Strom in ein stationäres Stromnetz einspeisen. - Ladestation nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zum Einspeisen elektrischer Leistung eine induktive Energieübertragungseinrichtung aufweist, die dazu vorgesehen ist, drahtlos elektrische Energie in das Fahrzeug (
3 ) einzuspeisen. - Ladestation nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zum Einspeisen elektrischer Leistung ein Kabel (
5 ) aufweist, über welches das Fahrzeug an die Ladestation (1 ) anschließbar ist. - Ladestation nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Ladestation (
1 ) eine elektronische Kommunikationseinrichtung aufweist, über welche die Ladestation mit dem Fahrzeug oder mit einem Mobiltelefon eines Nutzer des Fahrzeugs (3 ) kommunizieren kann. - Ladestation nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Ladestation (
1 ) eine elektronisch gesteuerte Positionierungseinrichtung aufweist, mittels der das Fahrzeug (3 ) ausgehend von einer Vorpositionierung in eine Endpositionierung gebracht werden kann, in welcher der Energiespeicher des Fahrzeugs (3 ) geladen werden kann. - Ladestation nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Ladestation (
1 ) ein durch ein Tor verschließbarer Raum ist, in dem das Fahrzeug abstellbar ist, in der die Kühleinrichtung (8 ) angeordnet ist.
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