DE102020101258A1

DE102020101258A1 - Gekühltes Steckverbinderelement

Info

Publication number: DE102020101258A1
Application number: DE102020101258.6A
Authority: DE
Inventors: Sebastian Hänel; Bekim Basha
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 2020-01-21
Filing date: 2020-01-21
Publication date: 2021-07-22
Anticipated expiration: 2040-01-22
Also published as: DE102020101258B4

Abstract

Es ist ein Steckverbinderelement (12) zur Herstellung eines elektrischen Kontakts zwischen einer ausladbaren Batterie eines elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugs und einer Ladeinfrastruktur vorgesehen mit einer Hülse (16) zur Herstellung einer Steckverbindung mit einem anderen Steckverbinderelement (14), einem radial innerhalb der Hülse (16) angeordneten, insbesondere als Kontaktpin ausgestalteten, Kontaktelement (18) zur Herstellung einer elektrisch leitenden Verbindung mit dem anderen Steckverbinderelement (14), einer einen zwischen dem Kontaktelement (18) und einer radial äußeren Mantelfläche der Hülse (16) ausgebildeten Ringraum an einer Axialseite verschließenden Deckelwand (20) und einer Kühlkammer (26) zur Wärmeabfuhr von Ladungswärme, wobei die Kühlkammer (26) vollständig in einem Axialbereich zwischen der Deckelwand (20) und einem freien abstehenden Ende des Kontaktelements (18) ausgebildet ist. Durch die in unmittelbarer Nähe des Kontaktelements (18) jenseits der Deckelwand (20) ausgebildete Kühlkammer (26) ist eine gute Kühlung eines Steckverbinders (10) für ein elektrisch antreibbares Kraftfahrzeugs ermöglicht.

Description

Die Erfindung betrifft ein Steckverbinderelement, mit dessen Hilfe eine Batterie eines elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugs zum Aufladen zeitweilig an einer Ladeinfrastruktur abgeschlossen werden kann.
Aus WO 2017/133893 A1 ist ein mit einem Kühlmedium gekühlter Ladestecker einer Ladestation zum Aufladen eines elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugs bekannt, bei dem zu in einer Hülse vorgesehenen Kontaktpins führende Leiterkabel an ihrer Außenseite gekühlt werden.
Es besteht ein ständiges Bedürfnis die Kühlung eines Steckverbinders für ein elektrisch antreibbares Kraftfahrzeugs zu verbessern.
Es ist die Aufgabe der Erfindung Maßnahmen aufzuzeigen, die eine gute Kühlung eines Steckverbinders für ein elektrisch antreibbares Kraftfahrzeugs ermöglichen.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch ein Steckverbinderelement mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung angegeben, die jeweils einzeln oder in Kombination einen Aspekt der Erfindung darstellen können.
Erfindungsgemäß ist ein Steckverbinderelement zur Herstellung eines elektrischen Kontakts zwischen einer ausladbaren Batterie eines elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugs und einer Ladeinfrastruktur vorgesehen mit einer Hülse zur Herstellung einer Steckverbindung mit einem anderen Steckverbinderelement, einem radial innerhalb der Hülse angeordneten, insbesondere als Kontaktpin ausgestalteten, Kontaktelement zur Herstellung einer elektrisch leitenden Verbindung mit dem anderen Steckverbinderelement, einer einen zwischen dem Kontaktelement und einer radial äußeren Mantelfläche der Hülse ausgebildeten Ringraum an einer Axialseite verschließenden Deckelwand und einer Kühlkammer zur Wärmeabfuhr von Ladungswärme, wobei die Kühlkammer vollständig in einem Axialbereich zwischen der Deckelwand und einem freien abstehenden Ende des Kontaktelements ausgebildet ist.
Die Kühlkammer ist nicht in einem Bereich der elektrischen Leiterkabel, sondern innerhalb eines eigentlich für eine klemmende Steckverbindung vorgesehenen Bereichs der mit Hilfe des Steckverbinderelements herstellbaren Steckverbindung vorgesehen. Dadurch kann die Kühlkammer nahezu direkt das Kontaktelement selber und nicht nur die zu dem Kontaktelement führenden Leiterkabel kühlen. Ein Wärmetransportwiderstand zwischen einer Kühlstelle an dem Leiterkabel und dem Kontaktelement kann dadurch eingespart werden, so dass eine besonders gute Kühlung des Kontaktelements mit einem hohen Wärmestrom ermöglicht ist. Da ein zeitlicher Versatz der Kühlung des Kontaktelements durch die zeitliche Dauer des Wärmetransports zwischen einer Kühlstelle an dem Leiterkabel und dem Kontaktelement vermieden ist, kann sehr zeitnah auf eine unerwünscht hohe Temperatur im Kontaktelement reagiert werden, so dass bei einer geringeren Sicherheitsmarge eine thermische Beeinträchtigung und/oder Beschädigung beim elektrischen Ladevorgang vermieden werden kann.
Hierbei wird die Erkenntnis ausgenutzt, dass die höchsten zu erwartenden Temperaturen beim elektrischen Ladevorgang an der elektrischen Kontaktstelle zwischen den männlichen und weiblichen Steckverbinderelementen der Steckverbindung zu erwarten sind und eine besonders ortsnahe Kühlung innerhalb des zur Klemmung vorgesehenen Bereichs der Steckverbindung an der zum offenen Ende weisenden Axialseite der Deckelwand realisiert werden kann. Hierzu ist es beispielsweise möglich die Einstecktiefe des anderen Steckverbinderelements zur herzustellenden Steckverbindung zu begrenzen und/oder die axiale Erstreckung der Hülse und des Kontaktelements zu verlängern, um ausreichenden Bauraum für die Kühlkammer zu schaffen. Da hierzu im Wesentlichen lediglich die Deckelwand in einem das Steckverbinderelement aufweisenden Stecksystem, insbesondere Stecker oder Buchse, axial verlagert ist, wodurch eine das Leiterkabel kühlende Kühlkammer und die Deckelwand im Wesentlichen nur ihre Plätze tauschen, kann die Änderung der axialen Erstreckung der Hülse und des Kontaktelements im Wesentlichen bauraumneutral erfolgen. Durch die in unmittelbarer Nähe des Kontaktelements jenseits der Deckelwand ausgebildete Kühlkammer ist eine gute Kühlung eines Steckverbinders für ein elektrisch antreibbares Kraftfahrzeugs ermöglicht.
Die Kühlkammer kann aus radialer Richtung und/oder axialer Richtung aus einer Kühlleitung mit einem flüssigen und/oder gasförmigen Kühlfluid beaufschlagt werden kann. Mit der Kühlkammer kann auch eine Abfuhrleitung zur Abfuhr erwärmten Kühlfluids aus der Kühlkammer verbunden sein, wobei es aber auch möglich ist, dass das Kühlfluid absichtlich aus der Kühlkammer über einen Auslass und/oder bewussten Leckagespalt in die Umgebung austreten kann. Insbesondere wenn das Kühlfluid umweltverträglich ist und/oder für das Kontaktelement elektrisch unbedenklich ist, kann eine Abfuhr des Kühlfluid an die Umgebung zugelassen werden. Hierzu kann das Kühlfluid beispielsweise gekühlten Stickstoff, Kohlendioxid, Luft und/oder gasförmige Kohlenwasserstoffe aufweisen.
Die Kühlkammer kann als in die Hülse eingesteckter separater Hohlkörper ausgestaltet sein, der mit dem Kühlfluid beaufschlagt werden kann. Alternativ kann die Kühlkammer durch die sowieso schon vorgesehenen Bauteile zumindest teilweise begrenzt sein. Hierzu ist es beispielswiese möglich, dass die Deckelwand eine Axialseite der Kühlkammer begrenzt. Die für die klemmende Steckverbindung vorgesehene Hülse kann in einem Teil ihrer axialen Erstreckung mit ihrer nach radial innen weisenden Mantelfläche die Kühlkammer radial außen begrenzen. Das Kontaktelement kann in einem Teil seiner axialen Erstreckung mit seiner nach radial außen weisenden Mantelfläche die Kühlkammer radial innen begrenzen. Zudem kann eine axiale Stirnseite eines in den Ringraum zwischen dem Kontaktelement und der Hülse einzusteckenden Teil eines anderen Steckverbinderelements der herzustellenden Steckverbindung die Kühlkammer beabstandet zu der Deckelwand axial begrenzen. Da nur bei einem Ladevorgang eine Kühlung erforderlich werden kann, ist es problemlos möglich die Kühlkammer offen stehen zu lassen, solange noch nicht einmal eine Steckverbindung zwischen den Steckverbinderelementen hergestellt ist.
Insbesondere ist die Kühlkammer nur über ein wärmeleitendes elektrisch isolierendes Material von dem Kontaktelement elektrisch getrennt. Die Kühlkammer kann prinzipiell direkt und unmittelbar an dem Kontaktelement angrenzen, so dass zwischen dem Kontaktelement und der Kühlkammer im Wesentlichen kein Wärmeleitungswiderstand ausgebildet ist. Um eine Beeinträchtigung des Kontaktelement durch das Kühlfluid in der Kühlkammer zu vermeiden, beispielswiese zur Vermeidung von Korrosionseffekten am Kontaktelement durch das Kühlfluid, kann zwischen der Kühlkammer und dem Kontaktelement eine Sperrschicht vorgesehen sein, die einen direkten Kontakt des Kühlfuids in der Kühlkammer mit dem Kontaktelement verhindert. Diese Sperrschicht kann zudem eine elektrische Isolierung erreichen, so dass das Risiko eines elektrischen Durchschlags und/oder Kurzschlusses über die Kühlkammer zumindest reduziert ist. Hierbei wird jedoch ein Material verwendet, dass einen möglichst geringen Wärmeleitungswiderstand aufweist, um die Kühlwirkung am Kontaktelement nicht mehr als erforderlich zu beeinträchtigen. Dies kann beispielsweise erreicht werden, indem für die Sperrschicht eine möglichst geringe Materialdicke vorgesehen wird, welche die Anforderungen an die elektrische Isolierung aber noch erfüllt.
Vorzugsweise ist in dem Ringraum ein, insbesondere axial an der Deckelwand abgestütztes, Anschlagelement zur Begrenzung einer Einstecktiefe des anderen Steckverbinderelements in die Hülse vorgesehen, wobei insbesondere das Anschlagelement die Kühlkammer nach radial innen begrenzt. Das Anschlagelement kann insbesondere rohrförmig sein, so dass das Anschlagelement auf das Kontaktelement aufgesteckt, insbesondere aufgepresst sein kann. Das Anschlagelement kann insbesondere eine elektrisch isolierende Sperrschicht ausbilden. Wenn das andere Steckverbinderelement in den Ringraum zwischen der Hülse und dem Kontaktelement eigesteckt wird, kann das andere Steckverbinderelement in axialer Richtung an einer Stirnseite des Anschlagelements anstoßen und gegebenenfalls das Anschlagelement gegen die Deckelwand pressen. Dadurch verbleibt ein hinreichend großer Axialbereich, um radial außerhalb und/oder radial innerhalb zu dem Anschlagelement die Kühlkammer auszubilden.
Besonders bevorzugt ist die Kühlkammer an einer von der Deckelwand weg weisenden Axialseite verschlossen oder geöffnet. Wenn die Kühlkammer geöffnet ausgeführt ist, ist es möglich die Begrenzung der Kühlkammer an der von der Deckelwand weg weisenden Axialseite durch das andere Steckverbinderelement der herzustellenden Steckverbindung im eingesteckten Zustand herbeizuführen. Wenn die Kühlkammer an der von der Deckelwand weg weisenden Axialseite bereits verschlossen ausgeführt ist, ist eine entsprechend gute Abdichtung der Kühlkammer gegeben, so dass für das Kühlfluid der Kühlkammer insbesondere flüssige Medien verwendet werden können.
Insbesondere ist ein zur Kühlkammer führende Kühlleitung zur Beaufschlagung der Kühlkammer mit einem Kühlfluid vorgesehen, wobei die Kühlleitung durch die Deckelwand hindurchgeführt ist. Die Deckelwand kann eine, insbesondere abgedichtete, Öffnung zur Kontaktierung des Kontaktelements mit einem Leiterkabel aufweisen, wobei insbesondere entweder das Kontaktelement oder das Leiterkabel durch die Öffnung hindurchgeführt ist, beispielsweise um eine Lötverbindung zwischen dem Kontaktelement und dem Leiterkabel axial außerhalb zu der Deckelwand vorzusehen. Diese Öffnung ist insbesondere im Wesentlichen koaxial zu einer Mittellinie der Hülse vorgesehen. Die Kühlleitung kann zu der Mittellinie radial beabstandet durch die Deckelwand hindurchgeführt sein und mit der insbesondere ringförmigen Kühlkammer kommunizieren. Hierbei kann die Kühlleitung im Wesentlichen neben dem Leiterkabel verlaufen, so dass eine zumindest geringe Kühlung des Leiterkabels durch die an dem Leiterkabel entlang verlaufende Kühlleitung erfolgen kann. Die Kühlleitung kann hierzu zumindest in einem Teilbereich der Längserstreckung des Leiterkabels an dem Leiterkabel anliegen.
Vorzugsweise sind eine äußere Kühlkanalsegmente aufweisende äußere Hülse und eine innere Kühlkanalsegmente aufweisende innere Hülse vorgesehen, wobei die äußeren Kühlkanalsegmente alternierend mit den inneren Kühlkanalsegmenten zur Ausbildung der Kühlkammer verschaltet sind. Die äußere Hülse und/oder die innere Hülse können insbesondere von der zur Herstellung der klemmenden Steckverbindung vorgesehenen Hülse ausgebildet werden, wobei die Hülse in diesem Fall mehrteilig ausgestaltet sein kann. Radial außerhalb zu der äußeren Hülse kann eine abdichtende Außenhülle vorgesehen sein, um die Kühlkammer radial außen zu begrenzen, wobei insbesondere die Außenhülle Teil der zur Herstellung der klemmenden Steckverbindung vorgesehenen Hülse sein kann. Radial innerhalb zu der inneren Hülse kann eine Innenhülle vorgesehen sein, um die Kühlkammer radial innen zu begrenzen. Durch die alternierend miteinander kommunizierenden Kühlkanalsegmente der inneren Hülse und der äußeren Hülse kann eine Kühlkammer mit einem besonders langen Strömungsweg ausgebildet werden, so dass das Kühlfluid entsprechend viel Wärme aufnehmen kann. Die Kühlkanalsegmente können eine mäanderartig in axialer Richtung hin und her verlaufenden Kühlkanal ausbilden, der sich allmählich in Umfangsrichtung erstreckt und in Umfangsrichtung alternierend auf dem Radiusbereich der inneren Hülse und dem Radiusbereich der äußeren Hülse verläuft. Die jeweils nachfolgenden Kühlkanalsegmente der inneren Hülse und der äußeren Hülse können sich für einen Wechsel des Kühlkanals von der inneren Hülse zur äußeren Hülse und von der äußeren Hülse zur inneren Hülse jeweils an ihren Endbereichen in radialer Richtung überlappen. Dadurch kann bei einem geringen Bauraumbedarf konstruktiv einfach eine gute Kühlwirkung für die Kühlkammer realisiert werden.
Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass die äußere Hülse einen äußeren Schlitz und die innere Hülse eine in den äußeren Schlitz hinein abstehende äußere Kanalwand zur Unterteilung des äußeren Schlitzes in zwei äußere Kühlkanalsegmente mit entgegengesetzten Strömungsrichtungen aufweist und/oder die innere Hülse einen inneren Schlitz und die äußere Hülse eine in den inneren Schlitz hinein abstehende innere Kanalwand zur Unterteilung des inneren Schlitzes in zwei innere Kühlkanalsegmente mit entgegengesetzten Strömungsrichtungen aufweist. Die innere Hülse kann in die äußere Hülse eingepresst werden, so dass die Schlitze am Kontakt der inneren Hülse mit der äußeren Hülse abgedichtet sind. Insbesondere ist der jeweilige Schlitz an nur einer Axialseite oder an beiden Axialseiten bezogen auf die Mittellinie der inneren Hülse beziehungsweise der äußeren Hülse geschlossen ausgeführt, so dass die innere Hülse und die äußere Hülse einen in Umfangsrichtung geschlossenen Ringbereich aufweisen, von dem die Schlitze in Umfangsrichtung begrenzende Rohrsegmente abstehen können. Die innere Hülse und die äußere Hülse sind dadurch jeweils einstückig ausgestaltet. Durch die in den jeweiligen Schlitz hineinragende Kanalwand kann der Schlitz in zwei im Wesentlichen U-förmig miteinander verbundene Kühlkanalsegmente aufgeteilt werden. Das Kühlfluid kann in dem einen Kühlkanalsegment des Schlitzes eintreten und in die eine Axialrichtung fließen, um das freie Ende der Kanalwand herumfließen und entgegen der einen Axialrichtung in dem anderen Kühlkanalsegment in Umfangsrichtung leicht versetzt zurückfließen, um am Ende dieses Kühlkanalsegments in einen analog ausgestalteten Schlitz der jeweils anderen Hülse überfließen zu können. Hierbei kann zumindest in einer der Hülsen das Kühlkanalsegment am Anfang und/oder am Ende des Strömungswegs einen sich in Umfangsrichtung erstreckenden Teilbereich aufweisen, so dass die einander nachfolgenden Schlitze der unterschiedlichen Hülsen in Umfangsrichtung zueinander beabstandet positioniert sind und eine Leckage zwischen den Schlitzen vermieden werden kann. Vorzugsweis sind die in Umfangsrichtung verlaufenden Teilbereiche der Kühlkanalsegmente dadurch ausgebildet, dass eine der Hülsen in axialer Richtung kürzer ausgeführt ist, wodurch sich ein in Umfangsrichtung umlaufender Spalt ergeben kann, der die inneren Schlitze mit den äußeren Schlitzen fluidisch verbindet.
Insbesondere ist die Kühlkammer mit einer austauschbaren und/oder nachfüllbaren Kartusche zur Abgabe von Kühlfluid in die Kühlkammer verbunden. Ein Kühlkreislauf mit einem zu regenerierenden Kühlfluid kann dadurch vermieden werden. Die Kartusche kann insbesondere ein gasförmiges Kühlfluid abgeben, das unter erhöhtem Druck und/oder in verflüssigter Form in der Kartusche gespeichert sein kann. Dies ermöglicht im Bedarfsfall eine hohe Kühlleistung in der Kühlkammer. Insbesondere wenn im regulären Ladebetrieb eine Überhitzung nicht zu erwarten ist, kann mit Hilfe der Kartusche kostengünstig eine ausreichend hohe Kühlung in einer Extremsituation, beispielsweise einer zu einer Überhitzung führenden Fehlfunktion, sichergestellt werden.
Vorzugsweise weist das Kontaktelement einen Hohlraum auf, wobei in dem Hohlraum ein Temperatursensor zur Messung der Temperatur des Kontaktelements elektrisch isoliert aufgenommen ist. Der in dem Hohlraum aufgenommene Temperatursensor, beispielsweise Pt100, PTC, NTC, kann die Temperatur des Kontaktelements direkt und nahezu unmittelbar messen, so dass eine sehr genaue und schnelle Überwachung der Temperatur des Kontaktelements ermöglicht ist. Der Hohlraum kann zur Deckelwand hin geöffnet sein, so dass der Temperatursensor leicht mit nachgeschalteten Elementen zur Auslösung einer Kühlung interagieren kann.
Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass der Temperatursensor mit einem Schaltelement zur Einschalten und/oder Ausschalten einer Zufuhr von Kühlfluid in die Kühlkammer zusammenwirkt, wobei der Temperatursensor ausgestaltet ist ein von dem Schaltelement berührungslos empfangbares, insbesondere als elektromagnetische Welle und/oder sichtbares Licht ausgestaltetes, Sensorsignal auszusenden. Ein Schaltkreis zum Betrieb des Temperatursensors und/oder ein Schaltkreis zum Betrieb der Kühlung können dadurch elektrisch voneinander getrennt sein. Das Sensorsignal des Temperatursensors kann eine galvanische Trennung der Schaltkreise überwinden und erforderlichenfalls eine aktive Kühlung auslösen. Hierzu weist der Temperatursensor beispielsweise ein insbesondere als LED ausgestaltetes Leuchtelement auf, dessen Strahlung von einem als Optokoppler ausgestalteten Empfänger detektiert werden kann, um das Schaltelement zu betätigen. Beispielsweise kann der Temperatursensor in Abhängigkeit von der gemessenen Temperatur einen sich ändernden ohmschen Widerstand aufweisen, so dass erst oberhalb einer definierten Mindesttemperatur das Leuchtelement Strahlung abgibt.
Die Erfindung betrifft ferner eine mit einer Kraftfahrzeugbatterie eines elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugs verbindbare Steckdose zur Herstellung einer Steckverbindung mit einem an einer Ladeinfrastruktur anschließbaren Stecker, wobei die Steckdose mindestens ein Steckverbinderelement, das wie vorstehend beschrieben aus- und weitergebildet sein kann, aufweist. Durch die in unmittelbarer Nähe des Kontaktelements jenseits der Deckelwand ausgebildete Kühlkammer ist eine gute Kühlung der Steckdose ermöglicht.
Die Erfindung betrifft ferner einen mit einer Ladeinfrastruktur verbindbaren Stecker zur Herstellung einer Steckverbindung mit einer mit einer Kraftfahrzeugbatterie eines elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugs verbindbaren Steckdose, wobei der Stecker mindestens ein Steckverbinderelement, das wie vorstehend beschrieben aus- und weitergebildet sein kann, aufweist. Durch die in unmittelbarer Nähe des Kontaktelements jenseits der Deckelwand ausgebildete Kühlkammer ist eine gute Kühlung des Steckers ermöglicht.
Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele exemplarisch erläutert, wobei die nachfolgend dargestellten Merkmale sowohl jeweils einzeln als auch in Kombination einen Aspekt der Erfindung darstellen können. Es zeigen:

1: eine schematische Schnittansicht eines Steckverbinders im getrennten Zustand,
2: eine schematische Schnittansicht des Steckverbinders aus 1 in einem zusammengesteckten Zustand,
3: eine schematische Schnittansicht einer alternativen Ausführungsform eines Steckverbinders in einem zusammengesteckten Zustand,
4: eine schematische perspektivische Ansicht einer mehrteiligen Kühlkammer für den Steckverbinder,
5: eine schematische Draufsicht auf Abwicklungen von für die Kühlkammer aus 4 verwendbaren Hülsen,
6: eine schematische Frontalansicht der Kühlkammer aus 4,
7: eine schematische perspektivische Ansicht auf ein Kontaktelement für den Steckverbinder,
8: ein schematisches Schaltbild für eine Verschaltung des Kontaktelements aus 7,
9: ein erstes Ausführungsbeispiel eines Steckers für den Steckverbinder und
10: ein zweites Ausführungsbeispiel eines Steckers für den Steckverbinder.

Der in 1 dargestellte Steckverbinder 10 kann dazu verwendet werden eine Batterie eines elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugs aufzuladen, indem in der Außenhaut des Kraftfahrzugs mit Hilfe des Steckverbinders 10 eine Verbindung der Batterie mit einer Ladeinfrastruktur hergestellt wird. Der Steckverbinder 10 weist ein männliches Steckverbinderelement 12 auf, das mit einem weiblichen anderen Steckverbinderelement 14 gekoppelt werden kann, wie in 2 dargestellt. Das Steckverbinderelement 12 weist eine Hülse 16 auf, die im eingesteckten Zustand eine Klemmverbindung mit dem anderen Steckverbinderelement 14 eingehen kann. Koaxial zur Hülse 16 ist mittig entlang der Mittellinie der Hülse 16 ein Kontaktelement 18 vorgesehen, das in dem dargestellten Ausführungsbeispiel als ein den männlichen Part der elektrischen Verbindung herstellender Kontaktpin ausgestaltet ist. An einer Axialseite ist die Hülse 16 mit einer Deckelwand 20 verschlossen, durch die ein Leiterkabel 22 hindurchgeführt sein kann, um das Kontaktelement 18 elektrisch anzuschließen. Alternativ kann das Kontaktelement 18 durch die Deckelwand 20 hindurchgeführt sein, um die elektrische Kontaktierung mit dem Leiterkabel 22 herbeizuführen.
In dem in 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist auf das Kontaktelement 18 ein rohrförmiges Anschlagelement 24 aufgeschoben und an der Deckelwand 20 abgestützt. Wenn das andere Steckverbinderelement 14 eingesteckt wird, kann das andere Steckverbinderelement 14 an seiner Stirnseite an dem Anschlagelement 24 anschlagen, wodurch ein ringförmiger Hohlraum begrenzt wird, der eine Kühlkammer 26 ausbildet. Eine beispielsweise durch die Deckelwand 20 hindurchgeführte Kühlleitung 28 kann die Kühlkammer 26 mit einem Kühlfluid beaufschlagen, um gegebenenfalls ausschließlich über das Anschlagelement 24 hindurch das Kontaktelement 18 zu kühlen. Das über die Kühlleitung 28 zugeführte Kühlfluid kann über dieselbe Kühlleitung 28, eine separate Abfuhrleitung und/oder zur Umgebung führende Öffnungen wieder abgeführt werden. Das Kontaktelement 18 kann über Wärmeleitung ein korrespondierendes anderes Kontaktelement 30 des anderen Steckverbinderelements 14 kühlen, wobei die Kühlung besonders effektiv nahezu unmittelbar vor Ort an der Stelle der zu erwartenden maximalen Temperatur, die an der Kontaktstelle zwischen den Kontaktelementen 18, 30 zu erwarten ist, erfolgen kann.
Bei der in 3 dargestellten Ausführungsform des Steckverbinders 10 ist im Vergleich zu der in 2 dargestellten Ausführungsform des Steckverbinders 10 die Kühlleitung 28 für die Kühlkammer 26 in dem weiblichen anderen Steckverbinderelement 14 anstatt in dem Steckverbinderelement 12 vorgesehen, wobei es auch möglich ist in beiden Steckverbinderelementen 12, 14 jeweils eine Kühlleitung 28 zur Zufuhr und/oder zur Abfuhr des Kühlfluids vorzusehen.
Wie in 4 dargestellt kann die Kühlkammer 28 durch eine äußere Hülse 32 und eine in die äußere Hülse 32 eingepresste innere Hülse 34 zusammengesetzt sein. Die äußere Hülse 32 kann radial außen und/oder die innere Hülse 34 radial innen ummantelt sein. Es ist auch möglich, dass für die Ausbildung der Kühlkammer 28 die äußere Hülse 32 in einen sich an der Deckelwand 20 anschließenden Teilbereich der Hülse 16 eingepresst ist. Die äußere Hülse 32 weist einen an einer Axialseite der äußeren Hülse 32 geöffneten äußeren Schlitz 36 auf, in den eine von der inneren Hülse 34 ausgebildete äußere Kanalwand 38 hineinragt, wodurch der äußere Schlitz 36 in zwei U-förmig miteinander verbundene äußere Kühlkanalsegmente 40 aufgeteilt ist. Entsprechend weist die innere Hülse 34 einen an einer Axialseite der inneren Hülse 34 geöffneten inneren Schlitz 42 auf, in den eine von der äußeren Hülse 32 ausgebildete innere Kanalwand 44 hineinragt, wodurch der innere Schlitz 42 in zwei U-förmig miteinander verbundene innere Kühlkanalsegmente 46 aufgeteilt ist. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist die äußere Hülse 32 etwas kürzer als die innere Hülse 34 ausgestaltet, so dass sich zwischen der Deckelwand 20 und der äußeren Hülse 32 ein in Umfangsrichtung umlaufender Spalt 48 ergibt, der an den geöffneten Enden des äußeren Schlitzes 36 und des inneren Schlitzes 42 die in Umfangsrichtung nachfolgenden Kühlkanalsegmente 40, 46 der verschiedenen Hülsen 32, 34 fluidisch miteinander verbindet. Die äußere Kanalwand 38 ist hierbei auch in dem Spalt 48 vorgesehen und kann an der Deckelwand 20 stirnseitig anliegen. Wie in 5 in der Abwicklung dargestellt, wobei die äußere Hülse 32 und die innere Hülse 34 zur besseren Darstellung nebeneinander dargestellt sind, und in 6 in der Frontalansicht dargestellt, ergibt sich dadurch ein mäanderförmiger Verlauf der Kühlkammer 24 mit einem besonders langen Strömungsweg für das Kühlfluid.
Wie in 7 dargestellt, kann das männliche Kontaktelement 18 einen von dem anderen Steckverbinderelement 14 weg geöffneten Hohlraum 50 aufweisen, in dem ein Temperatursensor 52 eingesteckt ist, um möglichst direkt die Temperatur des Kontaktelements 18 messen zu können. Wie in 8 dargestellt, kann der Temperatursensor 52 von einer Spannungsquelle U mit einem Strom 11 beaufschlagt werden, wobei ein Widerstand R des Temperatursensors 52 in Abhängigkeit von der gemessenen Temperatur veränderbar ist. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Temperatursensor 52 als Heißleiter (NTC) ausgestaltet, so dass oberhalb einer Grenztemperatur ein als LED ausgestalteten Leuchtelement IC als Sensorsignal Licht abstrahlen kann. Dieses Licht kann von einem in einem separaten Schaltkreis vorgesehenen Fotoelement 54 detektiert werden, das in der Art eines Transistors bei der Detektion des Sensorsignals ein Schaltelement Y mit einem Strom 12 bestromen lassen kann. Das beispielsweise als Elektromagnet ausgestaltete Schaltelement Y kann ein Ventil 56 betätigen, so dass bei einer zu hohen detektierten Temperatur aus einer Kartusche 58 ein Kühlfluid über die Kühlleitung 28 zu den jeweils ein Kontaktelement 18 aufweisenden Pole des Steckverbinderelements 12 geleitet werden kann.
Wie in 9 dargestellt, kann die Kartusche 58 in einen das Steckverbinderelement 12 aufweisenden Stecker 60 integriert sein. Wie in 10 dargestellt, kann die Kartusche 58 zusätzlich oder alternativ in einer Ladesäule 62 integriert sein, mit welcher der Stecker 60 verbunden sein kann.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2017/133893 A1 [0002]

Claims

Steckverbinderelement zur Herstellung eines elektrischen Kontakts zwischen einer ausladbaren Batterie eines elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugs und einer Ladeinfrastruktur, mit einer Hülse (16) zur Herstellung einer Steckverbindung mit einem anderen Steckverbinderelement (14), einem radial innerhalb der Hülse (16) angeordneten, insbesondere als Kontaktpin ausgestalteten, Kontaktelement (18) zur Herstellung einer elektrisch leitenden Verbindung mit dem anderen Steckverbinderelement (14), einer einen zwischen dem Kontaktelement (18) und einer radial äußeren Mantelfläche der Hülse (16) ausgebildeten Ringraum an einer Axialseite verschließenden Deckelwand (20) und einer Kühlkammer (26) zur Wärmeabfuhr von Ladungswärme dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlkammer (26) vollständig in einem Axialbereich zwischen der Deckelwand (20) und einem freien abstehenden Ende des Kontaktelements (18) ausgebildet ist.
Steckverbinderelement nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlkammer (26) nur über ein wärmeleitendes elektrisch isolierendes Material von dem Kontaktelement (18) elektrisch getrennt ist.
Steckverbinderelement nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, dass in dem Ringraum ein, insbesondere axial an der Deckelwand (20) abgestütztes, Anschlagelement (24) zur Begrenzung einer Einstecktiefe des anderen Steckverbinderelements (14) in die Hülse (16) vorgesehen ist, wobei insbesondere das Anschlagelement (24) die Kühlkammer (26) nach radial innen begrenzt.
Steckverbinderelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlkammer (26) an einer von der Deckelwand (20) weg weisenden Axialseite verschlossen oder geöffnet ist.
Steckverbinderelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet, dass ein zur Kühlkammer (26) führende Kühlleitung (28) zur Beaufschlagung der Kühlkammer (26) mit einem Kühlfluid vorgesehen ist, wobei die Kühlleitung (28) durch die Deckelwand (20) hindurchgeführt ist.
Steckverbinderelement nach einem der Ansprüche 1 bis 5 dadurch gekennzeichnet, dass eine eine äußere Kühlkanalsegmente (40) aufweisende äußere Hülse (32) und eine innere Kühlkanalsegmente (46) aufweisende innere Hülse (34) vorgesehen sind, wobei die äußeren Kühlkanalsegmente (40) alternierend mit den inneren Kühlkanalsegmenten (46) zur Ausbildung der Kühlkammer (26) verschaltet sind.
Steckverbinderelement nach Anspruch 6 dadurch gekennzeichnet, dass die äußere Hülse (32) einen äußeren Schlitz (36) und die innere Hülse (34) eine in den äußeren Schlitz (36) hinein abstehende äußere Kanalwand (38) zur Unterteilung des äußeren Schlitzes (36) in zwei äußere Kühlkanalsegmente (40) mit entgegengesetzten Strömungsrichtungen aufweist und/oder die innere Hülse (34) einen inneren Schlitz (42) und die äußere Hülse (32) eine in den inneren Schlitz (42) hinein abstehende innere Kanalwand (44) zur Unterteilung des inneren Schlitzes (42) in zwei innere Kühlkanalsegmente (46) mit entgegengesetzten Strömungsrichtungen aufweist.
Steckverbinderelement nach einem der Ansprüche 1 bis 7 dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlkammer (26) mit einer austauschbaren und/oder nachfüllbaren Kartusche (58) zur Abgabe von Kühlfluid in die Kühlkammer (26) verbunden ist.
Steckverbinderelement nach einem der Ansprüche 1 bis 8 dadurch gekennzeichnet, dass das Kontaktelement (18) einen Hohlraum (50) aufweist, wobei in dem Hohlraum (50) ein Temperatursensor (52) zur Messung der Temperatur des Kontaktelements (18) elektrisch isoliert aufgenommen ist.
Steckverbinderelement nach Anspruch 9 dadurch gekennzeichnet, dass der Temperatursensor (52) mit einem Schaltelement (Y) zur Einschalten und/oder Ausschalten einer Zufuhr von Kühlfluid in die Kühlkammer (26) zusammenwirkt, wobei der Temperatursensor (52) ausgestaltet ist ein von dem Schaltelement (Y) berührungslos empfangbares, insbesondere als elektromagnetische Welle und/oder sichtbares Licht ausgestaltetes, Sensorsignal auszusenden.