-
Die Erfindung betrifft eine Ladekabelanordnung zum Aufladen einer Traktionsbatterie eines Elektrofahrzeugs, mit einem Ladekabel, welches mindestens einen elektrischen Leiter und mindestens eine Kühlleitung aufweist, und einem endseitig am Ladekabel angeordneten Ladestecker mit einem Ladesteckergehäuse, wobei der Ladestecker ein Steckverbindungselement und ein Kühlleitungs-Kupplungselement umfasst.
-
Ladekabelanordnungen zum Aufladen von Traktionsbatterien eines Elektrofahrzeugs sind allgemein bekannt. Die Ladekabelanordnungen weisen üblicherweise ein Ladekabel auf, welches an einem ersten Ende einen ladesäulenseitigen Ladestecker und an einem zweiten Ende einen fahrzeugseitigen Ladestecker aufweist. Zum Aufladen der Traktionsbatterie wird das Ladekabel über den ladesäulenseitigen Ladestecker mit einer Ladestation elektrisch verbunden und über den fahrzeugseitigen Ladestecker mit dem Elektrofahrzeug bzw. der Traktionsbatterie des Elektrofahrzeugs elektrisch verbunden.
-
Während des Ladevorgangs, insbesondere während eines Schnellladevorgangs mit einer relativ hohen Ladeleistung, erwärmt sich die Traktionsbatterie des Elektrofahrzeugs und muss gekühlt werden. Die beim Ladevorgang entstandene Abwärme der Traktionsbatterie wird üblicherweise entweder durch ein fahrzeuginternes oder ein externes, während dem Ladevorgang an das Elektrofahrzeug angeschlossene Kühlsystem abgeführt. Ein derartiges externes Kühlsystem offenbart die
DE 10 2010 007 975 B4 . Das Kühlsystem weist eine Ladestation auf, welche eine Kühleinrichtung mit einer Pumpe und einem Kühler aufweist. Die Ladestation ist über ein Ladekabel elektrisch und fluidisch mit dem Elektrofahrzeug verbunden. Das Ladekabel weist mehrere elektrische Leiter zum Aufladen der Traktionsbatterie und zwei Kühlleitungen auf, wobei durch eine erste Kühlleitung ein Kühlmedium ausgehend von der in der Ladestation angeordneten Kühleinrichtung zum Elektrofahrzeug strömt und durch eine zweite Kühlleitung das Kühlmedium ausgehend vom Elektrofahrzeug zurück zur Kühleinrichtung strömt. Dadurch zirkuliert das Kühlmedium während dem Ladevorgang zwischen der Ladestation und dem Elektrofahrzeug, wodurch die beim Ladevorgang entstehende Abwärme der Traktionsbatterie abgeführt wird. Die elektrische sowie die fluidische Verbindung zwischen dem Ladekabel und der Ladestation sowie zwischen dem Ladekabel und dem Elektrofahrzeug erfolgt durch einen fahrzeugseitigen Ladestecker und einen ladesäulenseitigen Ladestecker, wobei die Ladestecker in jeweils eine dazu korrespondierende, am Elektrofahrzeug und an der Ladestation vorgesehene Ladebuchse eingesteckt werden. Die Ladestecker weisen zur elektrischen Verbindung ein Steckverbindungselement und zur fluidischen Verbindung ein Kühlleitungs-Kupplungselement auf, wobei das Steckverbindungselement und das Kühlleitungs-Kupplungselement starr in einem Ladesteckergehäuse angeordnet sind und gemeinsam in die Ladebuchsen gesteckt werden.
-
Nachteilig an der in der
DE 10 2010 007 975 B4 offenbarten Ladekabelanordnung ist, dass die Ladekabelanordnung mit einem Ladestecker, welcher ein feststehendes Kühlleitungs-Kupplungselement aufweist, ausschließlich für ein Elektrofahrzeug mit einem fahrzeugseitigen Kühlanschluss verwendet werden kann, da der Ladestecker mit einer Ladebuchse ohne zum Kühlleitungs-Kupplungselement korrespondierende Kühlanschlüsse nicht kompatibel ist. Dadurch muss für den Ladevorgang der Traktionsbatterie in Abhängigkeit von dem Aufbau des Elektrofahrzeugs ein entsprechendes Ladekabel verwendet werden. Außerdem können Elektrofahrzeuge mit einem fahrzeuginternen Kühlsystem nicht an einer Ladestation mit einer fest daran angeschlossenen Ladekabelanordnung, welche einen Ladestecker mit einem feststehenden Kühlleitungs-Kupplungselement aufweist, geladen werden.
-
Eine ähnliche Ladekabelanordnung mit einem Ladestecker, der ein starr an dem Ladesteckergehäuse angeordnetes Kühlleitungs-Kupplungselement aufweist, ist auch aus der
DE 10 2016 224 103 A1 bekannt, die vorliegend den nächstkommenden Stand der Technik bildet, von dem der Patentanspruch 1 in seinem Oberbegriff ausgeht.
-
Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine einheitliche Ladekabelanordnung bereitzustellen, welche unabhängig von dem Aufbau des Elektrofahrzeugs zum Aufladen der Traktionsbatterie des Elektrofahrzeugs verwendet werden kann.
-
Diese Aufgabe wird durch eine Ladekabelanordnung zum Aufladen einer Traktionsbatterie eines Elektrofahrzeugs mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Außerdem wird die Aufgabe durch einen Ladestecker für eine Ladekabelanordnung nach Anspruch 10 gelöst.
-
Erfindungsgemäß ist das Kühlleitungs-Kupplungselement verschiebbar am Ladesteckergehäuse gelagert, und das Kühlleitungs-Kupplungselement ist zwischen einer Kupplungsstellung und einer Nichtkupplungsstellung bewegbar. Beim Ladevorgang wird der Ladestecker über das Steckverbindungselement in eine dazu korrespondierende und am Elektrofahrzeug oder an der Ladestation vorgesehene Ladebuchse gesteckt und dadurch das Ladekabel mit einer Ladestation oder einem Elektrofahrzeug elektrisch verbunden. In Abhängigkeit davon, ob die Traktionsbatterie während des Ladevorgangs durch ein fahrzeuginternes Kühlsystem oder durch ein externes Kühlsystem gekühlt wird, wird das Kühlleitungs-Kupplungselement in die Kupplungsstellung verschoben oder verbleibt in der Nichtkupplungsstellung. Dabei wird bei einem externen Kühlsystem nach dem Einsteckvorgang des Steckverbindungselements das Kühlleitungs-Kupplungselement in die Kupplungsstellung bewegt und dadurch mit einem in der Ladebuchse angeordneten fluidischen Anschluss verbunden. Während des Ladevorgangs strömt ein Kühlmedium ausgehend vom externen Kühlsystem über das Ladekabel zum Elektrofahrzeug, und die Traktionsbatterie wird dadurch während des gesamten Ladevorgangs gekühlt. Bei einem fahrzeuginternen Kühlsystem wird die Ladestation über das Ladekabel lediglich elektrisch mit dem Elektrofahrzeug verbunden, wobei das Kühlleitungs-Kupplungselement in der Nichtkupplungsstellung verbleibt.
-
Eine derartige Ladekabelanordnung kann durch eine einfache Verstellbewegung des Kühlleitungs-Kupplungselement sowohl zum Aufladen einer Traktionsbatterie eines Elektrofahrzeugs mit einem fahrzeuginternen Kühlsystem als auch zum Aufladen einer Traktionsbatterie eines Elektrofahrzeugs mit einem anschließbaren externen Kühlsystem verwendet werden. Die erfindungsgemäße Ladekabelanordnung kann somit unabhängig von dem Aufbau des Elektrofahrzeugs, insbesondere der Kühlweise der Traktionsbatterie, verwendet werden.
-
Vorzugsweise ist das Kühlleitungs-Kupplungselement in Einsteckrichtung des Steckverbindungselements verschiebbar am Ladesteckergehäuse gelagert, wodurch die zum Verschieben des Kühlleitungs-Kupplungselements benötigte Führungsvorrichtung einfach und kostengünstig ausgeführt werden kann und ein Benutzer das Kühlleitungs-Kupplungselement einfach zwischen der Kupplungsstellung und der Nichtkupplungsstellung verstellen kann.
-
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist ein Betätigungshebel zum Verschieben des Kühlleitungs-Kupplungselements aus der Nichtkupplungsstellung in eine Kupplungsstellung vorgesehen, wobei der Betätigungshebel schwenkbar am Ladesteckergehäuse gelagert ist und mit dem Kühlleitungs-Kupplungselement wirkverbunden ist. Der Betätigungshebel weist einen Griffabschnitt und einen mit dem Kühlleitungs-Kupplungselement verbundenen und als Hebel dienenden Verbindungsabschnitt auf, wobei der Betätigungshebel zwischen dem Griffabschnitt und dem Verbindungsabschnitt schwenkbar am Ladesteckergehäuse gelagert ist. Bei einer Betätigung des Betätigungshebels über den Griffabschnitt wird das Kühlleitungs-Kupplungselement von der Nichtkupplungsstellung in die Kupplungsstellung verschoben, wobei durch die Hebelwirkung des Betätigungshebels das Kühlleitungs-Kupplungselement mit relativ wenig vom Benutzer aufbringenden Kraftaufwand in die Kupplungsstellung bewegt werden kann.
-
Vorzugsweise weist das Kühlleitungs-Kupplungselement einen Betätigungsgriff zum Verschieben des Kühlleitungs-Kupplungselements aus einer Nichtkupplungsstellung in eine Kupplungsstellung auf. Durch den Betätigungsgriff wird die Verschiebung des Kühlleitungs-Kupplungselements erleichtert, indem der Benutzer die zum Verschieben des Kühlleitungs-Kupplungselementes benötigte Kraft über den Betätigungsgriff einleiten kann. Dadurch wird die Betätigung des Kühlleitungs-Kupplungselements für den Benutzer ergonomischer.
-
Vorzugsweise weist das Kühlleitungs-Kupplungselement eine Ladesteckergehäuse-Ummantelung auf, welche das Ladesteckergehäuse zumindest teilweise umgibt, wobei die Ladesteckergehäuse-Ummantelung zum Verschieben des Kühlleitungs-Kupplungselements ausgehend von der Nichtkupplungsstellung in eine Kupplungsstellung bewegbar ist. Dadurch wird eine bauraumsparende Betätigungskomponente zum Verschieben des Kühlleitungs-Kupplungselements vorgesehen, wobei unhandliche und von dem Ladestecker nach außen ragende Komponenten vermieden werden.
-
In einer vorteilhaften Ausgestaltung spannt ein Vorspannelement, beispielsweise eine Feder, das Kühlleitungs-Kupplungselement in Richtung der Nichtkupplungsstellung vor, wodurch das Kühlleitungs-Kupplungselement in seiner Nichtkupplungsstellung gehalten wird und durch eine Krafteinleitung in Verschieberichtung des Kühlleitungs-Kupplungselements in die Kupplungsstellung verschoben wird. Dadurch muss die Betätigungsvorrichtung zum Verschieben des Kühlleitungs-Kupplungselements, beispielsweise ein Betätigungsgriff oder ein Betätigungshebel, lediglich eine Betätigung in eine der beiden Richtungen bereitstellen, wodurch die Betätigungsvorrichtung einen einfachen Aufbau aufweist und kostengünstig ist.
-
Vorzugsweise weist das Ladesteckergehäuse eine lösbar befestigte Befestigungsvorrichtung auf, wobei das Kühlleitungs-Kupplungselement über die Befestigungsvorrichtung am Ladesteckergehäuse verschiebbar gelagert ist. Die Befestigungsvorrichtung kann nachträglich an dem Ladesteckergehäuse eines Ladesteckers, welches keine Kühlanschlüsse aufweist, montiert werden. Dadurch kann ein Ladestecker auf eine einfache und kostengünstige Weise nachträglich mit Kühlanschlüssen ergänzt werden. Zur Herstellung einer fluidischen Verbindung zwischen dem Elektrofahrzeug und der Ladestation muss das Ladekabel entsprechend durch ein Ladekabel mit mindestens einer Kühlleitung ersetzt werden oder das bereits vorliegende Ladekabel muss durch mindestens eine Kühlleitung ergänzt werden. Das Befestigungselement setzt sich aus zwei Hälften zusammen, welche auf das Ladesteckergehäuse aufgesteckt werden und miteinander verschraubt werden.
-
Vorzugsweise weist das Ladesteckergehäuse eine Gleitschiene auf, und das Kühlleitungs-Kupplungselement weist einen mit der Gleitschiene zusammenwirkenden Schlitten auf. Dadurch kann das Kühlleitungs-Kupplungselement auf eine einfache und kostengünstige Weise verschiebbar gelagert werden.
-
Vorzugsweise weist das Ladekabel zwei Kühlleitungen und weist das Kühlleitungs-Kupplungselement zwei Kühlanschlüsse auf, wobei durch eine erste Kühlleitung und einen ersten Kühlanschluss ein Kühlmedium ausgehend von der Ladestation zum Elektrofahrzeug strömt und durch eine zweite Kühlleitung und einen zweiten Kühlanschluss das Kühlmedium ausgehend von dem Elektrofahrzeug zur Ladestation strömt. Dadurch wird eine Zirkulation des Kühlmediums zwischen der Ladestation und dem Elektrofahrzeug ermöglicht, wobei die Abwärme der Traktionsbatterie zu einer in der Ladestation angeordneten Kühleinrichtung abgeführt wird.
-
Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeichnungen näher erläutert.
- 1 zeigt schematisch eine über eine Kabelanordnung mit einem Elektrofahrzeug verbundene Ladestation,
- 2a zeigt eine erfindungsgemäße erste Ladekabelanordnung in Längsansicht,
- 2b zeigt eine erfindungsgemäße erste Ladekabelanordnung in Frontalansicht,
- 3a zeigt eine erfindungsgemäße zweite Ladekabelanordnung in Längsansicht, 3b zeigt eine erfindungsgemäße zweite Ladekabelanordnung in Frontansicht,
- 4 zeigt eine erfindungsgemäße dritte Ladekabelanordnung in perspektivischer Ansicht.
-
1 zeigt eine Ladestation 10, welche mit einer nicht dargestellten Stromquelle elektrisch verbunden ist und beispielsweise als öffentliche Ladestation oder als eine in einer Garage angeordnete sog. Wallbox ausgeführt ist. Die Ladestation 10 stellt elektrische Energie zum Aufladen einer in einem Elektrofahrzeug 20 angeordneten Traktionsbatterie 22 bereit.
-
Zum Aufladen der Traktionsbatterie 22 wird das Elektrofahrzeug 20 über eine Ladekabelanordnung 30 mit der Ladestation 10 verbunden. Die Ladekabelanordnung 30 weist ein Ladekabel 12 auf, welches mehrere elektrische Leiter 14 aufweist, wobei über die elektrischen Leiter 14 eine elektrische Verbindung zwischen der Ladestation 10 und dem Elektrofahrzeug 20 hergestellt wird. Beim Ladevorgang fließt der elektrische Strom ausgehend von der Ladestation 10 über eine der Traktionsbatterie 22 vorgeschaltete und im Elektrofahrzeug 20 angeordnete Leistungselektronik 24 zur Traktionsbatterie 22.
-
Das Ladekabel 12 weist zusätzlich zwei Kühlleitungen 16, 18 auf, über welche ein Kühlmedium zwischen der Ladestation 10 und dem Elektrofahrzeug 20 zirkuliert. Dabei strömt das Kühlmedium über die Kühlleitung 16 ausgehend von der Ladestation 10 zum Elektrofahrzeug 20 und über die Kühlleitung 18 ausgehend von dem Elektrofahrzeug 20 zurück zur Ladestation 10. Die Ladestation 10 weist eine Kühleinrichtung 11 mit einer nicht dargestellten Pumpe und einen Kühler auf, wobei das über die Kühlleitung 18 zur Ladestation 10 zurückströmende, durch die Abwärme der Traktionsbatterie aufgeheizte Kühlmedium durch die Kühleinrichtung gekühlt wird. Im Elektrofahrzeug 20 durchströmt und/oder umströmt das Kühlmedium die Traktionsbatterie 22 und nimmt die beim Ladevorgang entstehende Wärme der Traktionsbatterie 22 auf, wodurch die Traktionsbatterie 22 gekühlt wird.
-
Das Ladekabel ist über einen ladesäulenseitigen Ladestecker 32 mit der Ladestation 10 elektrisch und fluidisch verbunden. Zur elektrischen und fluidischen Kopplung des Ladekabels 12 mit dem Elektrofahrzeug 20 weist die Ladekabelanordnung 30 einen fahrzeugseitigen Ladestecker 31 auf, wobei der fahrzeugseitige Ladestecker 31 mit einem am Elektrofahrzeug 20 vorgesehenen, elektrischen Anschluss 34 elektrisch verbunden ist und mit zwei am Elektrofahrzeug 20 vorgesehenen, fluidischen Anschlüsse 36, 38 fluidisch verbunden ist.
-
Die 2, 3 und 4 zeigen drei unterschiedliche Ausgestaltungen des fahrzeugseitigen Ladesteckers 31. Alle drei Ausgestaltungen des fahrzeugseitigen Ladesteckers 31 weisen ein Ladesteckergehäuse 40, ein Steckverbindungselement 42 und ein Kühlleitungs-Kupplungselement 58 auf. Das Steckverbindungselement 42 wird zur mechanischen Kopplung des Ladesteckers 31 mit dem Elektrofahrzeug 20 in eine am Elektrofahrzeug 20 angeordnete Ladebuchse gesteckt, wodurch das Ladekabel 12 elektrisch mit der Ladestation 10 und dem Elektrofahrzeug 20 verbunden wird. Das Kühlleitungs-Kupplungselement 58 dient zur fluidischen Kopplung der Kühlkanäle 16, 18 des Ladekabels 12 mit den fluidischen Anschlüssen 36, 38 des Elektrofahrzeugs 20.
-
Erfindungsgemäß ist das Kühlleitungs-Kupplungselement 58 verschiebbar am Ladesteckergehäuse 40 gelagert. Dadurch kann das Kühlleitungs-Kupplungselement 58 zwischen einer Kupplungsstellung und einer Nichtkupplungsstellung bewegt werden.
-
In allen drei Ausgestaltungen des fahrzeugseitigen Ladesteckers 31 ist das verschiebbar gelagerte Kühlleitungs-Kupplungselement 58 durch ein Vorspannelement 59 in die Nichtkupplungsstellung vorgespannt, wodurch das Kühlleitungs-Kupplungselement 58 aus der Kupplungsstellung automatisch in die Nichtkupplungsstellung verschoben wird, wenn der Ladestecker 31 von dem Elektrofahrzeug 20 entkoppelt ist.
-
Die 2a und 2b zeigen eine erste Ausgestaltung einer Ladekabelanordnung 30 mit einem fahrzeugseitigen Ladestecker 31, welcher ein verschiebbar gelagertes Kühlleitungs-Kupplungselement 58 aufweist. An der Außenfläche des Ladesteckergehäuses 40 ist eine Befestigungsvorrichtung 72 befestigt. Die Befestigungsvorrichtung 72 weist zwei Trägerkomponenten auf, welche auf das Ladesteckergehäuse 40 aufgesteckt werden und miteinander verschraubt werden. Die Befestigungsvorrichtung 72 weist außerdem eine Gleitschiene 56 auf, welche sich in Einsteckrichtung des Steckverbindungselements 42 erstreckt und zwei sich quer zur Einsteckrichtung des Steckverbindungselements 42 erstreckende Vorsprünge aufweist. Auf der Gleitschiene 56 ist das Kühlleitungs-Kupplungselement 58 über einen zur Gleitschiene 56 korrespondierenden Schlitten 60 angeordnet, wobei der Schlitten 60 zwei zu den Vorsprüngen korrespondierende Nuten aufweist. An der Befestigungsvorrichtung 72 ist ein Betätigungshebel 70 schwenkbar gelagert, wobei der Betätigungshebel 70 einen Griffabschnitt 74 und einen Verbindungsabschnitt 76 aufweist. Der Betätigungshebel 70 ist zwischen dem Griffabschnitt 74 und dem Verbindungsabschnitt 76 schwenkbar an der Befestigungsvorrichtung 72 gelagert und über den Verbindungsabschnitt 76 mit dem Kühlleitungs-Kupplungselement 58 wirkverbunden. Bei einer Betätigung des Betätigungshebels 70 über den Griffabschnitt 74 wird das Kühlleitungs-Kupplungselement 58 auf der Gleitschiene 56 in Richtung der Einsteckrichtung des Steckverbindungselements 42 verschoben, wodurch sich das Kühlleitungs-Kupplungselement 58 ausgehend von einer Nichtkupplungsstellung in eine Kupplungsstellung translatorisch bewegt. In der Kupplungsstellung sind zwei in der Kühlleitungs-Kupplungselement 58 angeordnete und mit den Kühlleitungen 16, 18 fluidisch verbundene Kühlanschlüsse 46, 50 mit den fluidischen Anschlüssen 36, 38 des Elektrofahrzeugs 20 fluidisch verbunden.
-
Die 3a und 3b zeigen eine zweite Ausgestaltung der Ladekabelanordnung 30 mit einem Ladestecker 31, welcher ein verschiebbar gelagertes Kühlleitungs-Kupplungselement 58 aufweist. Der Aufbau des Ladesteckers 31 entspricht der ersten Ausgestaltung aus den 2a und 2b, wobei anstatt eines Betätigungshebels 70 zwei Betätigungsgriffe 80, 80` vorgesehen sind. Die Betätigungsgriffe 80, 80' sind an dem Kühlleitungs-Kupplungselement 58 befestigt, wobei durch eine Krafteinwirkung auf die Betätigungsgriffe 80, 80' in Einsteckrichtung des Steckverbindungselements 42 das Kühlleitungs-Kupplungselement 58 gemeinsam mit den Betätigungsgriffen 80, 80' in Einsteckrichtung des Steckverbindungselements verschoben wird.
-
Die 4 zeigt eine dritte Ausgestaltung der Ladekabelanordnung 30 mit einem Ladestecker 31, welcher ein verschiebbar gelagertes Kühlleitungs-Kupplungselement 58 aufweist. Das Kühlleitungs-Kupplungselement 58 weist eine Ladesteckergehäuse-Ummantelung 90 auf, welche das Ladesteckergehäuse 40 nahezu vollständig umgibt. Die Ladesteckergehäuse-Ummantelung 90 ist in Einsteckrichtung des Steckverbindungselements 42 über in der 4 nicht dargestellte Führungselemente translatorisch verschiebbar am Ladesteckergehäuse 40 gelagert, wodurch das Kühlleitungs-Kupplungselement 58 zwischen der Kupplungsstellung und der Nichtkupplungsstellung verstellt werden kann.
-
Bei einer Kopplung des fahrzeugseitigen Ladesteckers 31 mit einer Ladebuchse des Elektrofahrzeugs 20 wird zunächst das Steckverbindungselement 42 in die Ladebuchse gesteckt, das Einstecken des Steckverbindungselements 42 durch eine Detektiervorrichtung erfasst, eine Verschiebung des Kühlleitungs-Kupplungselements 58 bzw. der Ladesteckergehäuse-Ummantelung 90 freigegeben und anschließend das Kühlleitungs-Kupplungselements 58 bzw. die Ladesteckergehäuse-Ummantelung 90 in die Kupplungsstellung verschoben.
-
Es sind auch andere konstruktive Ausführungsformen als die beschriebenen Ausführungsformen möglich, die in den Schutzbereich des Hauptanspruchs fallen.
