DE102017001502A1 - Zuführen von Energie zu einem elektrischen Energiespeicher eines elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugs - Google Patents

Zuführen von Energie zu einem elektrischen Energiespeicher eines elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugs Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Ladevorrichtung (10) zum Zuführen von Energie zu einem elektrischen Energiespeicher (14) eines elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugs (12), mit einem Anschluss (16) zum Anschließen an eine elektrische Energiequelle (18) sowie einer Energiekopplungseinheit (20) zum energietechnischen Koppeln einer mit dem elektrischen Energiespeicher (14) gekoppelten Energiezuführeinheit (22) des elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugs (12), wobei eine Kühleinheit (24), die ausgebildet ist, ein Kühlfluid (26) zum Kühlen einer thermisch mit dem elektrischen Energiespeicher (14) gekoppelten und an einer Außenseite des Kraftfahrzeugs (12) angeordneten Kühlplatte (28) derart bereitzustellen, dass das Kühlfluid (26) die Kühlplatte (28) des Kraftfahrzeugs (12) kontaktiert.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Ladevorrichtung zum Zuführen von Energie zu einem elektrischen Energiespeicher eines elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugs, mit einem Anschluss zum Anschließen an eine elektrische Energiequelle sowie einer Energiekopplungseinheit zum energietechnischen Koppeln einer mit dem elektrischen Energiespeicher gekoppelten Energiezuführeinheit des elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugs. Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug mit einer elektrischen Antriebseinrichtung, einem mit der elektrischen Antriebseinrichtung gekoppelten elektrischen Energiespeicher und einer mit dem elektrischen Energiespeicher gekoppelten Energiezuführeinheit zum energietechnischen Koppeln einer Energiekopplungseinheit einer Ladevorrichtung.
  • Ladevorrichtungen, elektrisch antreibbare Kraftfahrzeuge sowie auch Verfahren zum Zuführen von Energie sind dem Grunde nach im Stand der Technik umfänglich bekannt, so beispielsweise aus der DE 10 2011 082 565 A1 . Diese offenbart ein elektrisches Ladesystem für batteriebetriebene Kraftfahrzeuge.
  • Elektrisch antreibbare Kraftfahrzeuge sind Kraftfahrzeuge, die zumindest teilweise unter Nutzung von elektrischer Energie im bestimmungsgemäßen Fahrbetrieb betrieben werden. Zu diesem Zweck ist der elektrische Energiespeicher vorgesehen, der die elektrische Antriebseinrichtung für den bestimmungsgemäßen Fahrbetrieb mit elektrischer Energie versorgt. Während des bestimmungsgemäßen Fahrbetriebs wird der elektrische Energiespeicher entladen, sodass er regelmäßig wieder aufgeladen werden muss, damit der Fahrbetrieb fortgeführt werden kann. Dies erfolgt durch Energiezuführung von einer dafür ausgebildeten Ladevorrichtung beziehungsweise Ladestation, die in der Regel ihre Energie aus einem elektrischen Energieversorgungsnetz wie dem öffentlichen Energieversorgungsnetz bezieht und über eine energietechnische Kopplung einer Energiezuführeinheit des Kraftfahrzeugs zuführt. Die Energiezuführeinheit des Kraftfahrzeugs ist in der Regel mit dem elektrischen Energiespeicher des Kraftfahrzeugs elektrisch gekoppelt.
  • Der elektrische Energiespeicher ist reversibel auf- beziehungsweise entladbar und ist üblicherweise nach Art eines Akkumulators ausgebildet. Für elektrisch antreibbare Kraftfahrzeuge wird heutzutage als elektrischer Energiespeicher in der Regel eine Lithium-Ion-Batterie eingesetzt.
  • Ein elektrisch antreibbares Kraftfahrzeug ist ein Elektrofahrzeug oder ein Hybridfahrzeug. Ein Hybridfahrzeug weist gegenüber einem Elektrofahrzeug zusätzlich eine Verbrennungskraftmaschine auf, die ebenfalls für den bestimmungsgemäßen Fahrbetrieb genutzt werden kann, um eine entsprechende Antriebswirkung erzielen zu können. Bei dem Hybridfahrzeug können die elektrische Antriebseinrichtung sowie die Verbrennungskraftmaschine auch teilweise parallel im bestimmungsgemäßen Fahrbetrieb eingesetzt werden.
  • Das Kraftfahrzeug ist vorzugsweise ein Kraftwagen, insbesondere ein Personenkraftwagen.
  • Aufgrund der mittlerweile üblichen hohen Energiedichte und der großen, durch den elektrischen Energiespeicher zu speichernden Ladung ist es heutzutage üblich, während eines Ladevorgangs, bei dem der elektrische Energiespeicher aufgeladen wird oder gegebenenfalls auch während des weiteren bestimmungsgemäßen Betriebs, den elektrischen Energiespeicher zu kühlen. Dadurch können im Bezug auf den elektrischen Energiespeicher größere Leistungen bereitgestellt werden, insbesondere beim Aufladen.
  • Derzeit ist vorgesehen, dass bei einem Aufladen des elektrischen Energiespeichers, insbesondere wenn es sich um ein Schnellladen handelt, eine entsprechende Kühlleistung zum Kühlen des elektrischen Energiespeichers bereitgestellt wird. Zu diesem Zweck umfasst das Kraftfahrzeug eine Kühleinrichtung, die mit dem elektrischen Energiespeicher entsprechend gekoppelt ist und die vorgesehene Kühlleistung bereitzustellen vermag. Dies kann beispielsweise mittels eines Klimakompressors und gegebenenfalls auch weiteren Komponenten erreicht werden. Häufig ist dafür vorgesehen, dass ein Lüfter der Kühleinrichtung mit einer großen Leistung betrieben wird, insbesondere weil das Kraftfahrzeug in der Regel während des Aufladens nicht verfahren wird, das heißt, vorzugsweise abgestellt ist. Hierdurch ist nicht nur die Kühleinrichtung kraftfahrzeugseitig aufwendig und teuer, sondern sie benötigt auch entsprechenden Bauraum, führt zu einer entsprechenden Gewichtszunahme und hat im bestimmungsgemäßen Aufladebetrieb den Nachteil einer großen Geräuschentwicklung. Aus der DE 10 2011 082 575 A1 ist es bekannt, kraftfahrzeugseitig ein Wärmeleitblech vorzusehen, welches eine Kontaktfläche bereitstellt, die mit einer durch eine ladevorrichtungsseitige Wärmeleiterplatte bereitgestellten Kontaktfläche während des Aufladens des elektrischen Energiespeichers thermisch gekoppelt wird, um Wärme abführen zu können. Dies ist jedoch sehr aufwendig und benötigt genau aufeinander abgestimmte Kontaktflächen, wobei darüber hinaus aufgrund der Struktur der Kontaktflächen eine sehr große Positioniergenauigkeit erforderlich ist. Dies lässt sich jedoch für das Aufladen des Kraftfahrzeugs in der Regel nur sehr schwer oder gar nicht realisieren, weshalb diese Lehre bislang auch keine Verbreitung im Stand der Technik gefunden hat.
  • Darüber hinaus ist es bekannt, eine Kühlung mittels eines Ladesteckers der Ladevorrichtung zu realisieren, der mit einer Ladekupplung des Kraftfahrzeugs elektrisch und thermisch gekoppelt wird. Durch diese Verbindung wird ein Kühlfluid zum Kühlen des elektrischen Energiespeichers erreicht, zu welchem Zweck kraftfahrzeugseitig eine entsprechende Anschlussmöglichkeit an einen Kühlkreislauf vorzusehen ist. Dies hat jedoch den Nachteil, dass es eine Verbindung zu dem Kühlmedium im Kraftfahrzeug gibt und dieses dadurch verunreinigt werden kann, wodurch die Lebensdauer reduziert sein kann.
  • Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine Kühlmöglichkeit während des Aufladens des elektrischen Energiespeichers des Kraftfahrzeugs bereitzustellen, die einfach und zuverlässig handhabbar ist.
  • Als Lösung wird mit der Erfindung eine Ladevorrichtung, ein Kraftfahrzeug sowie ein Verfahren gemäß den unabhängigen Ansprüchen vorgeschlagen.
  • Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich anhand von Merkmalen der abhängigen Ansprüche.
  • Ladevorrichtungsseitig wird für eine gattungsgemäße Ladevorrichtung insbesondere vorgeschlagen, dass diese eine Kühleinheit aufweist, die ausgebildet ist, ein Kühlfluid zum Kühlen einer thermisch mit dem elektrischen Energiespeicher gekoppelten und an einer Außenseite des Kraftfahrzeugs angeordneten Kühlplatte bereitzustellen, in dem das Kühlfluid die Kühlplatte des Kraftfahrzeugs kontaktiert.
  • Kraftfahrzeugseitig wird für ein gattungsgemäßes Kraftfahrzeug insbesondere vorgeschlagen, dass dieses eine thermisch mit dem elektrischen Energiespeicher gekoppelte und an einer Außenseite des Kraftfahrzeugs angeordnete Kühlplatte aufweist, die ausgebildet ist, von einem mittels einer Kühleinheit der Ladevorrichtung bereitgestellten Kühlfluid zum Kühlen der Kühlplatte kontaktiert zu werden.
  • Verfahrensseitig wird insbesondere vorgeschlagen, dass mittels einer Kühleinheit der Ladevorrichtung ein Kühlfluid zum Kühlen einer thermisch mit dem elektrischen Energiespeicher gekoppelten und an einer Außenseite des Kraftfahrzeugs angeordneten Kühlplatte bereitgestellt wird, wobei das Kühlfluid die Kühlplatte des Kraftfahrzeugs kontaktiert.
  • Anders als im Stand der Technik braucht bei der Erfindung also keine unmittelbare Verbindung zu einem Kühlmedium des Kraftfahrzeugs bereitgestellt zu werden. Darüber hinaus benötigt die Erfindung auch keine konstruktiv aufwendig ausgestalteten Kühlplatten am Kraftfahrzeug. Schließlich ist es bei der Erfindung auch nicht erforderlich, das Kraftfahrzeug hochgenau gegenüber der Ladestation zu positionieren, weil nämlich ladestationsseitig keine entsprechende Gegenplatte mit einer entsprechenden Oberfläche bereitgestellt zu werden braucht, wie es bei der DE 10 2011 082 565 A1 erforderlich ist.
  • Dadurch, dass gemäß der Erfindung die kraftfahrzeugseitige Kühlplatte unmittelbar durch das ladevorrichtungsseitige Kühlmedium beziehungsweise Kühlfluid kontaktiert wird, sind hochgenaue Anpassungen beziehungsweise Ausrichtungen des Kraftfahrzeugs gegenüber der Ladevorrichtungen nicht erforderlich. Mit der Erfindung kann somit auf einfache Weise eine zuverlässige und zugleich hochwirksame Kühlung bereitgestellt werden.
  • Das Kühlmedium kann dabei ein Gas, insbesondere Luft, eine Flüssigkeit, insbesondere Wasser, Kombinationen hiervon oder dergleichen sein. Die Kühleinheit der Ladevorrichtung ist vorzugsweise ein Becken zur Aufnahme von Wasser als Kühlfluid, welches in der Höhe verfahrbar ist und an eine vorzugsweise unterseitig an der Außenseite des Kraftfahrzeugs angeordnete Kühlplatte verfahren werden kann, sodass das in dem Becken angeordnete Wasser die Kühlplatte kontaktieren kann.
  • Kraftfahrzeugseitig ist die Kühlplatte vorzugsweise mittels eines Kühlkreislauf, der ein Kühlmedium nutzt, an den elektrischen Energiespeicher angeschlossen. Dadurch ist die thermische Kopplung hergestellt und es kann Wärmeenergie aus dem elektrischen Energiespeicher abgeführt werden. Diese Wärmeenergie kann dann über die Kühlplatte einer Wärmesenke zugeführt werden, die gemäß der Erfindung durch das Kühlfluid gebildet ist.
  • Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in der einzigen Figur alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
  • Dabei zeigt:
  • 1 Eine schematische Darstellung eines Systems mit einer Ladevorrichtung und einem Elektrofahrzeug der Erfindung während des Aufladens einer kraftfahrzeugseitigen Hochvoltbatterie durch von der Ladevorrichtung bereitgestellte Energie.
  • Die einzige Figur zeigt in einer schematischen Darstellung eine Ladevorrichtung 10, an der ein Elektrofahrzeug 12 als elektrisch antreibbares Kraftfahrzeug abgestellt ist, um einen Aufladevorgang ausführen zu können. Das Kraftfahrzeug 12 umfasst eine elektrische Antriebseinrichtung 34, die mechanisch mit nicht bezeichneten Rädern gekoppelt ist und dem bestimmungsgemäßen Fahrbetrieb des Elektrofahrzeugs 12 dient. Die Antriebseinrichtung 34 ist mit einer Hochvoltbatterie 14 als elektrischem Energiespeicher elektrisch gekoppelt und wird im bestimmungsgemäßen Fahrbetrieb von der Hochvoltbatterie 14 mit elektrischer Energie versorgt. Die Hochvoltbatterie 14 ist ferner an eine Energiezuführeinheit 22 des Elektrofahrzeugs 12 angeschlossen, die dem energietechnischen Koppeln einer Energiekopplungseinheit 20 der Ladevorrichtung 10 dient.
  • Das Kraftfahrzeug weist an seiner Unterseite zwischen den Rädern eine außenseitig angeordnete Kühlplatte 28 auf, die thermisch mit der Hochvoltbatterie 14 gekoppelt ist. Die thermische Kopplung ist vorliegend durch ein nicht weiter dargestelltes Kühlsystem gebildet, das es erlaubt, Wärme aus der Hochvoltbatterie 14 abzuführen und der Kühlplatte 28 zuzuführen.
  • Die Ladevorrichtung 10 weist einen Anschluss 16 auf, der an eine elektrische Energiequelle 18 angeschlossen ist, die vorliegend durch ein öffentliches Energieversorgungsnetz bereitgestellt ist. Ferner weist die Ladevorrichtung 10 eine Energiekopplungseinheit 20 zum energietechnischen Koppeln der Energiezuführeinheit 22 des Elektrofahrzeugs 12 auf.
  • Die Ladevorrichtung 10 umfasst eine Kühleinheit 24, die ausgebildet ist, Wasser 26 als Kühlfluid zum Kühlen der Kühlplatte 28 des Elektrofahrzeugs 12 bereitzustellen, wobei die Kühleinheit 24 derart ausgebildet ist, dass das Wasser 26 die Kühlplatte 28 des Elektrofahrzeugs 12 kontaktiert.
  • Zu diesem Zweck umfasst die Kühleinheit 24 ein Becken 30 zur Aufnahme des Wassers 26. Ferner weist die Ladevorrichtung 10 eine Hebeeinrichtung 32 zum Anordnen des Beckens 30 in einer vorgebbaren Höhe auf, wobei das Becken 30 derart ausgebildet ist, dass das im Becken 30 aufgenommene Wasser 26 bei der vorgegebenen Höhe die Kühlplatte 28 kontaktiert. Durch den Kontakt des Wasser 26 mit der Kühlplatte 28 kann die an der Kühlplatte 28 bereitgestellte Wärmeenergie, die ursprünglich von der Hochvoltbatterie 14 bereitgestellt wird, abgeführt werden.
  • Die Hebeeinrichtung 32 ist an eine nicht weiter dargestellte Steuereinheit der Ladevorrichtung 10 angeschlossen und wird von dieser bezüglich der Höhe eingestellt. Zu diesem Zweck kann eine entsprechende Sensorik vorgesehen sein. Die Hebeeinrichtung 32 kann hierfür ferner eine Kolben-Zylinder-Anordnung aufweisen, um die Verfahrbarkeit des Beckens 30 in der Höhe ausführen zu können. Die vorgebbare Höhe ist vorzugsweise durch eine Höhenposition der Kühlplatte 28 des Kraftfahrzeugs 12 gegenüber einer Bodenfläche bestimmt.
  • Anstelle des Beckens 30 oder auch ergänzend hierzu kann auch eine Fluidabgabeeinheit vorgesehen sein, die zum Beispiel eine Düse aufweist, mittels der das Kühlfluid, zum Beispiel das Wasser, unmittelbar gegen die Kühlplatte 28 gesprüht werden kann.
  • Während des Ladens, insbesondere des Schnellladens, kann die Ladevorrichtung 10 mittels des Kühlfluids, welches vorliegend durch das Wasser 26 gebildet ist, aber auch durch kalte Luft gebildet sein kann, die Kühlplatte 28 des Elektrofahrzeugs 12 gekühlt werden. Die Kühlplatte 28 ist vorzugsweise in das Elektrofahrzeug 12 integriert angeordnet. Sie ist in der vorliegenden Ausgestaltung an einem Unterboden des Elektrofahrzeugs 12 an der Außenseite angeordnet. Sie kann aber auch zum Beispiel an Seitenwänden des Kraftfahrzeugs 12 angeordnet sein.
  • Es kann vorgesehen sein, das kraftfahrzeugseitig eine Kühlwasserpumpe vorgesehen ist, die ein Kühlmedium, beispielsweise Kühlwasser, durch die Hochvoltbatterie 14 und anschließend durch die Kühlplatte 28 fördert. Mittels der Kühleinheit 24 der Ladevorrichtung 10 kann dann eine Kühlung über die Kühlplatte 28 erreicht werden. Damit die Verbindung zum Zwecke des Kühlens zwischen der Kühleinheit 24 und der Kühlplatte 28 hergestellt werden kann, ist das Elektrofahrzeug 12 natürlich entsprechend gegenüber der Kühleinheit 24 positioniert abzustellen. Hierfür können Positionierungshilfsmittel genutzt werden, die es einem Fahrer ermöglichen, eine entsprechend genaue Positionierung vorzunehmen. Darüber hinaus kann das Elektrofahrzeug 12 natürlich auch autonom entsprechend positioniert werden.
  • Während des Ladens, insbesondere des Schnellladens, zum Beispiel an einer Autobahntankstelle oder dergleichen, sind lediglich annehmbare Geräusche des Kühlfluids, zum Beispiel Wassergeräusch, vorhanden, und insbesondere lärmende Ventilatoren können vermieden werden. Das heißt, die Erfindung erlaubt es, die Erzeugung von Lärm während des Aufladens deutlich zu reduzieren. Darüber hinaus können Kosten eingespart werden, weil jedes Kraftfahrzeug lediglich eine Kühlplatte und keinen teuren Klimakompressor mehr benötigt. Auch für einen Betreiber der Ladevorrichtung kann dies rentabel sein, weil er durch das Kühlen des Kraftfahrzeugs einen schnelleren Ladevorgang ermöglicht und damit eine Nutzung der Ladevorrichtung erhöhen kann.
  • Bezugszeichenliste
    • 10
    Ladevorrichtung
    12
    Elektrofahrzeug
    14
    Hochvoltbatterie
    16
    Anschluss
    18
    Energiequelle
    20
    Energiekopplungseinheit
    22
    Energiezuführeinheit
    24
    Kühleinheit
    26
    Wasser
    28
    Kühlplatte
    30
    Becken
    32
    Hebeeinrichtung
    34
    elektrische Antriebseinrichtung
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102011082565 A1 [0002, 0016]
    • DE 102011082575 A1 [0008]

Claims (6)

  1. Ladevorrichtung (10) zum Zuführen von Energie zu einem elektrischen Energiespeicher (14) eines elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugs (12), mit einem Anschluss (16) zum Anschließen an eine elektrische Energiequelle (18) sowie einer Energiekopplungseinheit (20) zum energietechnischen Koppeln einer mit dem elektrischen Energiespeicher (14) gekoppelten Energiezuführeinheit (22) des elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugs (12), gekennzeichnet durch eine Kühleinheit (24), die ausgebildet ist, ein Kühlfluid (26) zum Kühlen einer thermisch mit dem elektrischen Energiespeicher (14) gekoppelten und an einer Außenseite des Kraftfahrzeugs (12) angeordneten Kühlplatte (28) derart bereitzustellen, dass das Kühlfluid (26) die Kühlplatte (28) des Kraftfahrzeugs (12) kontaktiert.
  2. Ladevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlfluid (26) Wasser und die Kühleinheit (24) ein Becken (30) zur Aufnahme des Wassers ist, wobei die Ladevorrichtung (10) eine Hebeeinrichtung (32) zum Anordnen des Beckens (30) in einer vorgebbaren Höhe aufweist, wobei das Becken (30) derart ausgebildet ist, dass das im Becken (30) aufgenommene Wasser bei der vorgebbaren Höhe die Kühlplatte (28) kontaktiert.
  3. Ladevorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine Fluidabgabeeinheit zum auf die Kühlplatte (28) gerichteten Abgeben des Kühlfluids (26).
  4. Ladevorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Fluidabgabeeinheit eine Düse umfasst.
  5. Kraftfahrzeug (12) mit einer elektrischen Antriebseinrichtung (34), einem mit der elektrischen Antriebseinrichtung (34) gekoppelten elektrischen Energiespeicher (14) und einer mit dem elektrischen Energiespeicher (14) gekoppelten Energiezuführeinheit (22) zum energietechnischen Koppeln einer Energiekopplungseinheit (20) einer Ladevorrichtung (10), gekennzeichnet durch eine thermisch mit dem elektrischen Energiespeicher (14) gekoppelte und an einer Außenseite des Kraftfahrzeugs (12) angeordnete Kühlplatte (28), die ausgebildet ist, von einem mittels einer Kühleinheit (24) der Ladevorrichtung (10) bereitgestellten Kühlfluid (26) zum Kühlen der Kühlplatte (28) kontaktiert zu werden.
  6. Verfahren zum Zuführen von Energie von einer Ladevorrichtung (10) zu einem elektrischen Energiespeicher (14) eines elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugs (12), wobei der Ladevorrichtung (10) von einer elektrischen Energiequelle (18) Energie zugeführt wird und die Energie mittels einer Energiekopplungseinheit (20) zum energietechnischen Koppeln einer mit dem elektrischen Energiespeicher (14) gekoppelten Energiezuführeinheit (22) des elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugs (12) dem elektrischen Energiespeicher (14) zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass mittels einer Kühleinheit (24) der Ladevorrichtung (10) ein Kühlfluid (26) zum Kühlen einer thermisch mit dem elektrischen Energiespeicher (14) gekoppelten und an einer Außenseite des Kraftfahrzeugs (12) angeordneten Kühlplatte (28) bereitgestellt wird, wobei das Kühlfluid (26) die Kühlplatte (28) des Kraftfahrzeugs (12) kontaktiert.
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