DE102017211212A1

DE102017211212A1 - Ladevorrichtung zum Laden einer Batterie eines Fahrzeugs

Info

Publication number: DE102017211212A1
Application number: DE102017211212.3A
Authority: DE
Inventors: Dietrich Klauk; Torsten Schneider
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2017-06-30
Filing date: 2017-06-30
Publication date: 2019-01-03

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Ladevorrichtung zum Laden einer Batterie eines Fahrzeugs, vorzugsweise eines Elektro- oder Hybridfahrzeugs, wobei die Ladevorrichtung ein Ladekabel und einen ersten Kühlkreislauf aufweist, wobei das Fahrzeug einen zweiten Kühlkreislauf aufweist, über den u.a. die Batterie gekühlt wird, wobei der erste Kühlkreislauf der Ladevorrichtung mit dem zweiten Kühlkreislauf des Fahrzeugs über eine Zuleitung verbunden ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Ladevorrichtung zum Laden einer Batterie eines Fahrzeugs.
Stand der Technik
Elektrofahrzeuge verfügen üblicherweise über einen elektrischen Energiespeicher, beispielsweise eine Traktionsbatterie, die die elektrische Energie für den Antrieb bereitstellt.
Ist dieser elektrische Energiespeicher ganz oder teilweise entladen, so muss das Elektrofahrzeug eine Ladestation ansteuern, an der der Energiespeicher wieder aufgeladen werden kann. Bisher ist es hierzu üblich, dass an einer solchen Ladestation das Elektrofahrzeug mittels einer Kabelverbindung an die Ladestation angeschlossen wird. Die flächendeckende Infrastruktur für Ladesäulen ist derzeit weitestgehend nicht vorhanden (außer vereinzelte Pilotprojekte) und befindet sich zurzeit im Aufbau. Laut einer DLR-Studie werden Elektro- und Hybridfahrzeuge in Deutschland überwiegend zu Hause geladen, wobei in privaten Haushalten üblicherweise Ladeleistungen zwischen 3 (1-phasig) und 11 kW (3-phasig) möglich sind. Die konduktiven Systeme können aufgrund der vorhandenen Stecker (angewandte Normung bei den OEM) Ladeleistungen übertragen, die mit über 100 kW Leistung deutlich höher als beim induktiven Laden ausfallen.
Nachteilig beim Laden bzw. Schnell-Laden von Batterien von Elektrofahrzeugen ist die während des Ladevorgangs auftretende Erwärmung der Batterie; diese tritt aufgrund der hohen Zell-Innenwiderstände auf. Die veränderte Batterietemperatur verändert die Batterieeigenschaften und damit die Wärmeentwicklung sowie Wärmeverluste bzw. Wärmebedarf. Nachteilig an der Erwärmung ist die damit verbundene Begrenzung des maximal möglichen Ladestroms, da die Batterie bei zu hohen Temperaturen beschädigt wird und entsprechend nur in begrenzten Temperaturbereichen optimal funktioniert. Um schnell laden zu können, ist eine Abführung der Verlustenergie (Wärme) nötig. Bei den heutigen Akkumulatoren und Ladeströmen sind Verlustleistungen in Höhe von einigen 10 kW realistisch. Viele Batterien besitzen dementsprechend bereits eine Kühlung durch ein flüssiges Medium zur Temperierung während des Fahrbetriebs.
Es besteht daher ein Bedarf nach einer Ladevorrichtung, über die die entstehende Verlustwärme vorteilhaft weiter genutzt werden kann.
Offenbarung der Erfindung
Die erfindungsgemäße Ladevorrichtung mit dem Kennzeichen des Anspruchs 1 hat die Vorteile, dass die beim Laden bzw. Schnellladen entstehende Verlustwärme in nutzbare Energie überführt wird. Entsprechend sind damit Vorteile für Energieeffizienz, Energieverbrauch, Umweltschutz und Kosten verbunden.
Erfindungsgemäß ist dazu eine Ladevorrichtung zum Laden einer Batterie eines Fahrzeugs vorgesehen, vorzugsweise eines Elektro- oder Hybridfahrzeugs, wobei die Ladevorrichtung ein Ladekabel und einen ersten Kühlkreislauf aufweist, wobei das Fahrzeug einen zweiten Kühlkreislauf aufweist, über den u.a. die Batterie gekühlt wird, wobei der erste Kühlkreislauf der Ladevorrichtung mit dem zweiten Kühlkreislauf des Fahrzeugs über eine Zuleitung verbunden ist. Vorteilhaft kann die Verlustwärme durch die Verbindung des ersten und zweiten Kühlkreislaufes aus dem Fahrzeug abgeführt werden und nutzbringend eingesetzt werden, in dem die Verlustwärme beispielsweise zum Aufwärmen genutzt werden kann.
Durch die in den abhängigen Ansprüchen genannten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen der in dem unabhängigen Anspruch angegebenen Vorrichtung möglich.
Vorteilhaft wird die Abwärme der Batterie des Fahrzeuges während des Ladens durch die Ladevorrichtung über den ersten Kühlkreislauf abgeführt. Die Ladevorrichtung verfügt ebenso wie das zu ladende Fahrzeug über eine Kühlvorrichtung und kann somit Wärme abführen und zur Kühlung der Batterie beitragen. Durch die Verbindung der zwei Kühlkreisläufe sowohl der Ladevorrichtung als auch des Fahrzeugs kann die Wärme vorteilhafterweise aus dem Fahrzeug abgeführt werden.
Weiterhin ist vorteilhaft, dass die Ladevorrichtung Teil eines Gebäudes ist. Üblicherweise werden Elektrofahrzeuge zuhause in der Garage oder im Carport geladen. Entsprechend ist die Ladevorrichtung Teil des Gebäudes und kann somit günstig dort integriert werden. Die Ladevorrichtung kann beispielsweise an das gebäudeeigene Stromnetz angeschlossen werden bzw. ebenfalls mit Kühlwasser aus dem Gebäude versorgt werden.
Vorteilhafterweise stellt der erste Kühlkreislauf der Ladevorrichtung die Abwärme der Batterie zur Heizung des Gebäudes und/oder zur Heizung des Brauchwassers des Gebäudes zur Verfügung. Da die Batterie sich während des Ladens aufwärmt, kann die Abwärme vorteilhaft über den Kühlkreislauf dem Gebäude zugeführt werden und dort vorteilhaft genutzt werden, indem über Wärmetauscher das Gebäude oder Wasserleitungen geheizt werden.
Weiterhin ist vorteilhaft, dass die Batterie mittels des ersten Kühlkreislaufs der Ladevorrichtung auf die notwendige Betriebstemperatur aufgeheizt werden kann. Herrschen außerhalb des Gebäudes niedrige Temperaturen, kann die Batterie zunächst auf die notwendige Arbeitstemperatur erwärmt werden.
Ein Kühlmedium zirkuliert vorteilhaft mittels einer Pumpe zwischen dem ersten Kühlkreislauf und dem zweiten Kühlkreislauf. Die Pumpe befördert das Kühlmittel und trägt so zur Zirkulation des Kühlmittels in den Kreisläufen bei.
Die Pumpe ist vorteilhaft Teil der Ladevorrichtung.
Die Pumpe ist vorteilhafterweise Teil des Fahrzeugs und ist vorzugsweise die Kühlmittelpumpe des Fahrzeugs. Um eine zusätzliche Pumpe innerhalb des Ladevorrichtung zu sparen, wird vorteilhafterweise die Kühlmittelpumpe des Fahrzeugs eingesetzt, um das Kühlmittel zwischen den Kühlkreisläufen zirkulieren zu lassen. Somit werden zusätzliche Bauteile als auch damit verbundene Kosten eingespart.
Vorteilhafterweise ist die Zuleitung, über die der erste Kühlkreislauf der Ladevorrichtung mit dem zweiten Kühlkreislauf des Fahrzeugs verbunden ist, Teil des Ladekabels. Durch diese Verbindung des Ladekabels als auch der Zuleitung, resultiert im Endeffekt ein einziges Kabel, womit sowohl Strom als auch Kühlmittel transportiert wird. Dadurch fallen weitere Kabel, die evtl. im Weg herum liegen und ansonsten auch höheren Platzbedarf erfordern, weg.
Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden dem Fachmann aus der nachfolgenden Beschreibung beispielhafter Ausführungsformen, die jedoch nicht als die Erfindung beschränkend auszulegen sind, unter Bezugnahme auf die beigelegten Zeichnungen ersichtlich.
Figurenliste
Es zeigen:

1: eine schematische Darstellung einer Ladevorrichtung und eines Elektrofahrzeuges;
2: eine weitere schematische Darstellung einer Ladevorrichtung und eines Elektrofahrzeuges.

Alle Figuren sind lediglich schematische Darstellungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung bzw. seiner Bestandteile gemäß Ausführungsbeispielen der Erfindung. Insbesondere Abstände und Größenrelationen sind in den Figuren nicht maßstabsgetreu wiedergegeben. In den verschiedenen Figuren sind sich entsprechende Elemente mit den gleichen Referenznummern versehen.
1 zeigt eine schematische Darstellung einer Ladevorrichtung 10 und eines Fahrzeuges 12. Vorzugsweise ist das Fahrzeug 12 ein Elektro- oder Hybridfahrzeug. Das Fahrzeug 12 verfügt über eine Batterie 11, die mit Hilfe der Ladevorrichtung 10 geladen wird. Die Ladevorrichtung 10 weist ein Ladekabel 13 auf, mit dem die Ladevorrichtung die Batterie 11 des Fahrzeugs 12 auflädt. Die Ladevorrichtung 10 verfügt weiterhin über einen ersten Kühlkreislauf 14 und das Fahrzeug 12 weist einen zweiten Kühlkreislauf 15 auf. Der erste Kühlkreislauf 14 ist geeignet, die Ladevorrichtung 10 zu kühlen, wohingegen der zweite Kühlkreislauf 15 u.a. für die Kühlung der Batterie 11 geeignet ist. Beide Kühlkreisläufe 14 und 15 sind miteinander verbunden. Entsprechend wird die Abwärme der Batterie 11 während des Ladens durch die Ladevorrichtung 10 über den ersten Kühlkreislauf 14 abgeführt. Die Ladevorrichtung 10 kann fest in einem Haus / Gebäude 16 installiert sein. Der Kühlkreislauf 14 entsprechend an einen Wärmetauscher des Hauses 16 angebunden sein. Die aus der Batterie 11 abgeführte Wärme kann nun genutzt werden, um im Gebäude 16 beispielsweise zu heizen oder das Brauchwasser zu erwärmen. Alternativ kann bei niedrigen Außentemperaturen, bei denen die Batterie 11 kalt ist und zunächst auf Betriebstemperatur aufgewärmt werden muss, der erste Kühlkreislauf 14 genutzt werden, um die Batterie 11 auf die notwendige Betriebstemperatur aufzuheizen.
Um das Kühlmittel bzw. Kühlmittel in den Kühlkreisläufen 14, 15 zirkulieren zu lassen, ist eine Pumpe 17 vorgesehen. Die Pumpe 17 ist Teil der Ladevorrichtung 10.
Die Zuleitung 18, die den ersten und den zweiten Kühlkreislauf 14 und 15 miteinander verbindet, kann Teil des Ladekabels sein. Entsprechend befinden sich im gesamten Kabel sowohl ein Teil, in dem das Ladekabel 13 geführt wird und ein Teil, in dem das Kühlmedium fließen kann.
2 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung. Gezeigt ist eine schematische Darstellung einer Ladevorrichtung 10 und eines Fahrzeugs 12. Gleiche Elemente in Bezug auf 1 sind mit gleichen Bezugszeichen versehen und werden nicht näher erläutert. Um Kosten zu sparen und auch Bauteile zu reduzieren, kann die Pumpe 17 in der Ladevorrichtung 10 entfallen. Für diesen Fall wird die Kühlmittelpumpe des Fahrzeugs 12 verwendet, um die Zirkulation des Kühlmittels durch den ersten und den zweiten Kühlmittelkreislauf zu gewährleisten.

Claims

Ladevorrichtung (10) zum Laden einer Batterie (11) eines Fahrzeugs (12), vorzugsweise eines Elektro- oder Hybridfahrzeugs, wobei die Ladevorrichtung (10) ein Ladekabel (13) und einen ersten Kühlkreislauf (14) aufweist, wobei das Fahrzeug (12) einen zweiten Kühlkreislauf (15) aufweist, über den u.a. die Batterie (11) gekühlt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Kühlkreislauf (14) der Ladevorrichtung (10) mit dem zweiten Kühlkreislauf (15) des Fahrzeugs über eine Zuleitung (18) verbunden ist.
Ladevorrichtung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet dass die Abwärme der Batterie (11) des Fahrzeuges (12) während des Ladens durch die Ladevorrichtung (10) über den ersten Kühlkreislauf (14) abgeführt wird.
Ladevorrichtung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet dass die Ladevorrichtung (10) Teil eines Gebäudes (16) ist.
Ladevorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Kühlkreislauf (14) der Ladevorrichtung (10) die Abwärme der Batterie (11) zur Heizung des Gebäudes (16) und/oder zur Heizung des Brauchwassers des Gebäudes (16) zur Verfügung stellt.
Ladevorrichtung (10) Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mittels des ersten Kühlkreislaufs (14) der Ladevorrichtung (10) die Batterie (11) auf die notwendige Betriebstemperatur aufgeheizt werden kann.
Ladevorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kühlmedium (19) mittels einer Pumpe (17) zwischen dem ersten Kühlkreislauf (14) und dem zweiten Kühlkreislauf (15) zirkuliert.
Ladevorrichtung (10) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpe (17) Teil der Ladevorrichtung (10) ist.
Ladevorrichtung (10) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpe (17) Teil des Fahrzeugs (12), vorzugsweise die Kühlmittelpumpe des Fahrzeugs (12) ist.
Ladevorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuleitung (18) Teil des Ladekabels (13) ist.