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Die vorliegende Anmeldung beansprucht den Vorteil der Vorläufigen
US-Anmeldung Nr. 62/824,430 , eingereicht am 27. März 2019, deren Gegenstand in seiner Gesamtheit durch Bezugnahme zu einem Bestandteil der vorliegenden Anmeldung gemacht wird.
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Der vorliegende Gegenstand bezieht sich im Allgemeinen auf Wärmetauscher für Leistungsverbinder.
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Elektrische Verbinder, wie z.B. Leistungsverbinder, erzeugen Wärme, wenn Strom durch die Anschlüsse und Kabel der Leistungsverbinder fließt. Beispielsweise kann ein Leistungsverbinder einer Ladeeingangsanordnung für ein Batteriesystem eines Elektrofahrzeugs (EV) oder eines hybridelektrischen Fahrzeugs (HEV) während eines Ladevorgangs Wärme durch die Anschlüsse und die Kabel der Ladeeingangsanordnung erzeugen. Ein Ladeverbinder ist zur Verbindung mit den Anschlüssen der Ladeeingangsanordnung ausgebildet, um das Batteriesystem des Fahrzeugs aufzuladen. Es ist wünschenswert, den Strom zu erhöhen, der über die Anschlüsse zum Laden der Batterie übertragen wird. Bei höheren Strömen sind die Anschlüsse und die Stromkabel jedoch einem Temperaturanstieg ausgesetzt, der die Komponenten der Ladeeingangsanordnung beschädigen kann.
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Das zu lösende Problem besteht in der Bereitstellung eines Kühlsystems zum Kühlen eines Leistungsverbinders, wie z.B. für eine Ladeeingangsanordnung.
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Gelöst wird dieses Problem durch einen Leistungsverbinder mit einem Gehäuse, das sich zwischen einer Vorderseite und einer Rückseite erstreckt, wobei eine Kammer und ein Anschlusskanal zwischen der Vorderseite und der Rückseite vorhanden sind. Der Leistungsverbinder weist einen mit dem Gehäuse gekoppelten Anschluss auf, der einen Verbindungsstift an einer Vorderseite des Anschlusses und einen Kabelverbinder an einer Rückseite des Anschlusses besitzt. Der Verbindungsstift ist zur Verbindung mit einem Ladeverbinder in dem Anschlusskanal positioniert. Der Kabelverbinder ist in der Kammer an der Rückseite des Gehäuses positioniert. Der Leistungsverbinder beinhaltet ein Stromkabel, das einen Leiter aufweist, der an den Kabelverbinder an der Rückseite des Anschlusses angeschlossen ist. Der Leistungsverbinder beinhaltet einen in der Kammer angeordneten Kabelwärmetauscher, der mit dem Leiter des Stromkabels thermisch gekoppelt ist. Der Kabelwärmetauscher weist einen Kühlmittelkanal für eine Kühlmittelströmung durch den Kabelwärmetauscher zum aktiven Kühlen des Leiters des Stromkabels auf. Ein thermisch leitfähiges Trennelement trennt bzw. isoliert den Kabelwärmetauscher elektrisch von dem Leiter des Stromkabels.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines Beispiels unter Bezugnahme auf die Begleitzeichnungen beschrieben; darin zeigen:
- 1 eine perspektivische Frontansicht eines Leistungsverbinders einer Ladeeingangsanordnung mit einem Kühlsystem gemäß einer exemplarischen Ausfü h ru ngsform;
- 2 eine perspektivische Rückansicht der Ladeeingangsanordnung und des Kühlsystems gemäß einer exemplarischen Ausführungsform;
- 3 eine Seitenansicht eines Anschlusses des Leistungsverbinders gemäß einer exemplarischen Ausführungsform;
- 4 eine Querschnittsansicht der Ladeeingangsanordnung gemäß einer exemplarischen Ausführungsform;
- 5 eine partielle Schnittdarstellung eines Bereichs der Ladeeingangsanordnung gemäß einer exemplarischen Ausführungsform;
- 6 eine partielle Schnittdarstellung eines Bereichs der Ladeeingangsanordnung gemäß einer exemplarischen Ausführungsform unter Darstellung eines Kühladapters und eines Kabelwärmetauschers des Kühlsystems;
- 7 eine partielle Schnittdarstellung eines Bereichs der Ladeeingangsanordnung gemäß einer exemplarischen Ausführungsform unter Darstellung des Kühladapters und des Kabelwärmetauschers;
- 8 eine Querschnittsansicht des Kabelwärmetauschers gemäß einer exemplarischen Ausführungsform;
- 9 eine Querschnittsansicht des Kabelwärmetauschers gemäß einer exemplarischen Ausführungsform;
- 10 eine Querschnittsansicht des Kabelwärmetauschers gemäß einer exemplarischen Ausführungsform.
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1 zeigt eine perspektivische Frontansicht eines Leistungsverbinders 102 einer Ladeeingangsanordnung 100 mit einem Kühlsystem 130 zum Kühlen von Komponenten des Leistungsverbinders 102. 2 zeigt eine perspektivische Rückansicht der Ladeeingangsanordnung 100 und des Kühlsystems 130 gemäß einer exemplarischen Ausführungsform. Während der Leistungsverbinder 102 vorliegend als Teil der Ladeeingangsanordnung beschrieben werden kann, versteht es sich, dass es sich bei dem Leistungsverbinder 102 auch um einen anderen Typ eines elektrischen Verbinders handeln kann.
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Die Ladeeingangsanordnung 100 wird als Ladeeingang für ein Fahrzeug, wie z.B. ein Elektrofahrzeug (EV) oder ein hybridelektrisches Fahrzeug (HEV) verwendet. Die Ladeeingangsanordnung 100 beinhaltet einen Leistungsverbinder 102, der zur aufnehmenden Verbindung mit einem Ladeverbinder (nicht gezeigt) ausgebildet ist. Bei einer exemplarischen Ausführungsform ist der Leistungsverbinder 102 zur Verbindung mit einem Gleichstrom-Schnellladeverbinder, wie z.B. dem SAE-Combo-CCS-Ladeverbinder, zusätzlich zu Wechselstrom-Ladeverbindern, wie z.B. dem SAE-J1772-Ladeverbinder, ausgebildet.
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Die Ladeeingangsanordnung 100 beinhaltet ein Gehäuse 110, das Anschlüsse 114 enthält, die Bestandteil des Leistungsverbinders 102 sind. Die Anschlüsse 114 sind mit entsprechenden Stromkabeln 118 elektrisch verbunden. Die Anschlüsse 114 sind zur Verbindung mit dem Ladeverbinder ausgebildet. Die Anschlüsse 114 sind in Anschlusskanälen 116 aufgenommen sowie in den Anschlusskanälen 116 mit dem Gehäuse 110 gekoppelt. Bei einer exemplarischen Ausführungsform beinhaltet die Ladeeingangsanordnung 100 das Kühlsystem 130 zum aktiven Kühlen der Stromkabel 118 zum Kühlen der Anschlüsse 114. Beispielsweise kann Kühlmittel durch Leitungen oder Kanäle des Kühlsystems 130 gepumpt werden sowie in thermischer Verbindung bzw. Wärmeaustausch mit den Stromkabeln 118 strömen, um Wärme von den Stromkabeln 118 abzuführen, wodurch Wärme ferner von den Anschlüssen 114 abgeführt wird. Beispielsweise sind die Stromkabel 118 mit den Anschlüssen 114 elektrisch und thermisch gekoppelt. Die Stromkabel können dazu verwendet werden, Wärme von den Anschlüssen unter Verwendung des Kühlsystems 130 zu senken und abzuführen.
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Die Ladeeingangsanordnung 100 beinhaltet einen mit dem Gehäuse 110 gekoppelten Montageflansch 120. Der Montageflansch 120 wird dazu verwendet, die Ladeeingangsanordnung 100 mit dem Fahrzeug zu koppeln. Der Montageflansch 120 beinhaltet Montagezungen 122 mit Öffnungen 124, die Befestigungselemente (nicht gezeigt) aufnehmen, die zum Befestigen der Ladeeingangsanordnung 100 an dem Fahrzeug verwendet werden. Es können auch andere Arten von Befestigungseinrichtungen zum Befestigen der Ladeeingangsanordnung 100 an dem Fahrzeug verwendet werden.
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Der Montageflansch 120 kann eine Dichtung zum Abdichten der Ladeeingangsanordnung 100 an dem Fahrzeug beinhalten.
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Die Ladeeingangsanordnung 100 beinhaltet eine Anschlussabdeckung 126 (1), die mit dem Montageflansch 120 und/oder dem Gehäuse 110 gelenkig verbunden ist. Die Anschlussabdeckung 126 wird zum Abdecken der entsprechenden Anschlüsse 114 verwendet. Das Gehäuse 110 beinhaltet eine hintere Abdeckung 128 (2) an einer Rückseite des Gehäuses 110, die den Zugang zur Rückseite des Gehäuses 110 verschließt. Die hintere Abdeckung 128 kann auf den Hauptbereich des Gehäuses 110 aufgeclippt sein, beispielsweise unter Verwendung von Clips oder Arretierungen. Bei alternativen Ausführungsformen können andere Arten von Befestigungseinrichtungen, wie z.B. Befestigungselemente, verwendet werden.
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Bei einer exemplarischen Ausführungsform beinhaltet das Kühlsystem 130 einen Kühladapter (2) an der Rückseite des Gehäuses 110, der z.B. mit der hinteren Abdeckung 128 gekoppelt ist. Eine Dichtung kann an der Schnittstelle zwischen dem Kühladapter 131 und dem Hauptkörper des Gehäuses und/oder zwischen Teilen des Kühladapters 130 vorgesehen sein. Beispielsweise kann es sich bei dem Kühladapter 131 um einen mehrteiligen Adapter handeln. Der Kühladapter 131 beinhaltet einen Adapterkörper 133, der einen Hohlraum 135 bildet. Der Adapterkörper 133 ist Bestandteil des Gehäuses 110 zum Umschließen der hinteren Kammer des Gehäuses 110. Der Hohlraum 135 ist zu der hinteren Kammer des Gehäuses 110 offen. Die Stromkabel 118 und die Kühlkomponenten des Kühlsystems 130 sind mit den Stromkabeln 118 in dem Hohlraum 135 und/oder der hinteren Kammer des Gehäuses 110 thermisch gekoppelt. Der Adapterkörper 133 beinhaltet Kabelausgänge 137 für die Stromkabel 118. Der Kühladapter 131 beinhaltet einen Zufuhranschluss 138 und einen Rücklaufanschluss 139 (in 5 gezeigt). Eine Kühlmittel-Zufuhrleitung 132 ist mit dem Zufuhranschluss 138 gekoppelt. Eine Kühlmittel-Rücklaufleitung 134 ist mit dem Rücklaufanschluss 139 gekoppelt. In der dargestellten Ausführungsform sind der Zufuhranschluss 138 und der Rücklaufanschluss 139 auf gegenüberliegenden Seiten des Adapterkörpers 133 angeordnet; die Anschlüsse 138, 139 können sich jedoch auch an anderen Stellen befinden. Bei einer alternativen Ausführungsform können sich der Zufuhranschluss 138 und/oder der Rücklaufanschluss 139 an der Rückseite des Adapterkörpers 132 befinden, wie z.B. benachbart den Kabelausgängen 137, so dass sich die Kühlmittel-Zufuhrleitung 132 und die Kühlmittel-Rücklaufleitung 134 von der Rückseite weg erstrecken (z.B. parallel zu den Stromkabeln 118).
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3 zeigt eine Seitenansicht des Anschlusses 114 gemäß einer exemplarischen Ausführungsform. Der Anschluss 114 beinhaltet einen Verbindungsstift 200 an einer Vorderseite 210 des Anschlusses 114 sowie einen Kabelverbinder 202 an einer Rückseite 212 des Anschlusses 114. Der Anschluss 114 erstreckt sich entlang einer Längsachse 204. Der Verbindungsstift 200 ist zur Verbindung mit dem Ladeverbinder ausgebildet. Der Kabelverbinder 202 ist zur elektrischen Verbindung mit dem Stromkabel 118 (in 2 gezeigt) ausgebildet. In einer exemplarischen Ausführungsform sind der Verbindungsstift 200 und/oder der Kabelverbinder 202 dazu ausgebildet, gekühlt zu werden, indem die Temperatur der Stromkabel 118 unter Verwendung des Kühlsystems 130 (in 2 gezeigt) reduziert wird.
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Bei verschiedenen Ausführungsformen liegt der Kabelverbinder 202 separat und getrennt von dem Verbindungsstift 200 vor und ist dazu ausgebildet, mit dem Verbindungsstift 200 mechanisch und elektrisch gekoppelt zu werden. Beispielsweise kann der Kabelverbinder 202 im Presssitz an dem Verbindungsstift 200 angebracht werden. Jedoch kann der Kabelverbinder 202 bei alternativen Ausführungsformen durch andere Prozesse an dem Verbindungsstift 200 befestigt werden, wie z.B. Schweißen, Nieten, Schraubverbindung und dergleichen. Bei verschiedenen anderen Ausführungsformen ist der Kabelverbinder 202 einstückig mit dem Verbindungsstift 200 vorgesehen, wie z.B. mit dem Verbindungsstift 200 einstückig ausgebildet. Bei verschiedenen Ausführungsformen ist der Kabelverbinder 202 dazu ausgebildet, an das Stromkabel 118 angeschlossen zu werden, indem das Stromkabel 118 mit dem Kabelverbinder 202 verschweißt wird. Beispielsweise kann der Kabelverbinder 202 eine Schweißzunge aufweisen. Bei verschiedenen anderen Ausführungsformen ist der Kabelverbinder 202 durch andere Prozesse an das Stromkabel 118 angeschlossen, wie z.B. durch Crimpen, Löten und dergleichen. Beispielsweise kann der Kabelverbinder 202 eine Crimphülse aufweisen, die zum Anschließen an das Stromkabel 118 ausgebildet ist.
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Der Verbindungsstift 200 ist elektrisch leitfähig. Der Verbindungsstift 200 kann beispielsweise aus einem Metallmaterial, wie z.B. einem Kupfermaterial, hergestellt sein. Bei einer exemplarischen Ausführungsform ist der Verbindungsstift 200 als Drehteil hergestellt. Der Verbindungsstift 200 kann aus einer Metalllegierung (z.B. Kupferlegierung) mit Zusätzen zur Verbesserung der maschinellen Bearbeitbarkeit hergestellt sein. Bei einer exemplarischen Ausführungsform ist der Verbindungsstift 200 zylindrisch. Bei einer exemplarischen Ausführungsform ist eine Dichtung 228 in der Nähe eines hinteren Endes des Verbindungsstifts 200 mit dem Verbindungsstift 200 gekoppelt, um eine Grenzflächen- bzw. Schnittstellenabdichtung gegenüber einer Innenfläche des Anschlusskanals 116 (in 1 gezeigt) bereitzustellen.
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Der Kabelverbinder 202 erstreckt sich von dem hinteren Ende des Verbindungsstifts 200 weg und/oder ist mit diesem gekoppelt. Der Kabelverbinder 202 kann auf den Verbindungsstift 200 aufgepresst sein. Der Kabelverbinder 202 weist ein Kabelanschlussende 240 an der Rückseite 212 des Anschlusses 114 auf. Das Stromkabel 118 ist dazu ausgebildet, an das Kabelanschlussende 240 angeschlossen zu werden. Bei der dargestellten Ausführungsform beinhaltet der Kabelverbinder 202 eine Schweißfläche 242 an der Rückseite 212, die das Kabelanschlussende 240 bildet. Die Schweißfläche 242 kann rechteckig ausgebildet sein oder kann bei alternativen Ausführungsformen andere Formgebungen aufweisen. Die Schweißfläche 242 kann planare, parallele Flächen zum Verschweißen des Stromkabels 118 mit der Schweißfläche 242 aufweisen. Das Kabelanschlussende 240 kann bei alternativen Ausführungsformen anstatt der Schweißfläche 342 eine Crimphülse (nicht gezeigt) aufweisen.
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4 zeigt eine Querschnittsansicht der Ladeeingangsanordnung 100 gemäß einer exemplarischen Ausführungsform. 4 veranschaulicht einen der mit dem Gehäuse 110 gekoppelten Anschlüsse 114. Das Gehäuse 110 besitzt eine Kammer 140 an der Rückseite des Gehäuses 110. Die hintere Abdeckung 128 ist rückseitig von der Kammer 140 angeordnet und verschließt diese. Die hintere Abdeckung 128 kann Kabelausgänge (z.B. Öffnungen) aufweisen, die die Stromkabel 118 aufnehmen und den Stromkabeln 118 den Austritt aus der Kammer 140 ermöglichen. Die hintere Abdeckung 128 kann Kühlmittelleitungsausgänge (z.B. Öffnungen) oder Anschlüsse aufweisen, die das Zuführen und Zurückführen des Kühlmittels des Kühlsystems 130 zum aktiven Kühlen des Stromkabels 118 und des Anschlusses 114 ermöglichen.
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Der Anschluss 114 erstreckt sich in die Kammer 140 hinein, und das Stromkabel 118 ist in der Kammer 40 an den Anschluss 114 angeschlossen. Das Kühlsystem 130 bildet eine Schnittstelle mit dem Stromkabel 118 in der Kammer 140, um eine aktive Kühlung für das Stromkabel 118 und den Anschluss 114 bereitzustellen. Beispielsweise weist das Kühlsystem 130 einen in der Kammer 140 positionierten Kabelwärmetauscher 300 zum Bilden einer Schnittstelle mit dem Stromkabel 118 auf. Der Kabelwärmetauscher 300 ist mit dem Stromkabel 118 thermisch gekoppelt, um Wärme von dem Stromkabel 118 abzuführen und auf diese Weise Wärme von dem Abschluss 114 abzuführen. Das Kühlsystem 130 senkt die Betriebstemperatur des Anschlusses 114, um die Leistungseigenschaften der Ladeeingangsanordnung 100 zu verbessern und/oder das Fließen von höherem Strom durch den Anschluss 114 zu ermöglichen und/oder das Risiko einer Beschädigung des Anschlusses 114 zu vermindern.
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Der Anschluss 114 ist in dem entsprechenden Anschlusskanal 116 aufgenommen. Der Verbindungsstift 200 befindet sich in dem Anschlusskanal 116 zum Bilden einer Schnittstelle mit einem in das Gehäuse 110 eingesteckten Ladeverbinder. Das Gehäuse 110 beinhaltet eine Primärverriegelung 162, die sich in den Anschlusskanal 116 hinein erstreckt, um mit dem Anschluss 114 in dem Anschlusskanal 116 zusammenzuwirken und diesen darin axial festzuhalten. Die Primärverriegelung 162 kann eine biegsame Verriegelung sein. Die Primärverriegelung 162 kann mit dem Gehäuse 110 einstückig ausgebildet sein, beispielsweise zusammen mit dem Gehäuse 110 geformt sein. Die Primärverriegelung 162 wirkt einem Herausziehen des Anschlusses 114 aus dem Anschlusskanal 116 in Richtung nach hinten entgegen. Bei einer exemplarischen Ausführungsform steht die Dichtung 228 in abdichtender Verbindung mit einer Oberfläche des Gehäuses 110, die den Anschlusskanal 116 bildet.
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Bei einer exemplarischen Ausführungsform ist der Anschluss 114 in dem Anschlusskanal 116 derart festgelegt, dass der Kabelverbinder 202 unmittelbar rückseitig von dem Anschlusskanal 116 angeordnet ist. Der Kabelverbinder 202 erstreckt sich in die Kammer 140 hinein zur elektrischen Verbindung mit dem Stromkabel 118 sowie zur thermischen Verbindung mit dem Stromkabel 118. Das Stromkabel 118 ist mit der Schweißfläche 242 im Inneren der Kammer 140 gekoppelt. Bei einer exemplarischen Ausführungsform kann das Stromkabel 118 durch Ultraschallschweißen an der Schweißfläche 242 angebracht sein, so dass eine Schnittstelle bzw. Grenzfläche mit geringem Widerstand zwischen dem Anschluss 114 und dem Stromkabel 118 gebildet wird. Bei verschiedenen anderen Ausführungsformen kann das Stromkabel 118 auf den Anschluss 114 gecrimpt sein oder anderweitig mechanisch und elektrisch an diesen angeschlossen sein. Das Kühlsystem 130 ist mit dem Stromkabel 118 unmittelbar rückseitig von dem Kabelverbinder 202 thermisch gekoppelt, um eine Verbindung mit niedrigem Profil zwischen dem Kühlsystem 130 und dem Stromkabel 118 zu bilden. Bei verschiedenen Ausführungsformen kann der Kabelwärmetauscher 300 mit der Außenfläche des Stromkabels 118 direkt thermisch gekoppelt sein. Bei verschiedenen anderen Ausführungsformen kann der Kabelwärmetauscher 300 mit der Außenfläche des Stromkabels 118 indirekt thermisch gekoppelt sein, beispielsweise durch ein Wärmeleitmaterial, eine Wärmeleitpaste oder eine andere Wärmebrücke.
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5 zeigt eine teilweise Schnittdarstellung eines Bereichs der Ladeeingangsanordnung 100 gemäß einer exemplarischen Ausführungsform. 5 veranschaulicht das Paar der Stromkabel 118, die an das Paar der Anschlüsse 114 angeschlossen sind. 5 zeigt den Kühladapter 131 unter Darstellung des Kabelwärmetauschers 300 im Inneren des Hohlraums 135 des Adapterkörpers 133, der mit den Stromkabeln 118 im Inneren des Hohlraums 135 thermisch gekoppelt ist. Der Kühladapter 131 kann eine oder mehrere Schnittstellendichtungen 136 zur Herstellung einer Schnittstelle mit dem Gehäuse 110 (in 2 gezeigt) und/oder zwischen separaten Stücken des Kühladapters 131 beinhalten. Beispielsweise kann es sich bei dem Kühladapter 131 um einen mehrteiligen Adapter handeln. Die Stromkabel 118 erstrecken sich durch die Kabelausgänge 137 an der Rückseite des Kühladapters 131 hindurch. Die Kühlmittel-Zufuhrleitung 132 erstreckt sich von dem Zufuhranschluss 138 weg, und die Kühlmittel-Rücklaufleitung 134 erstreckt sich von dem Rücklaufanschluss 139 weg. Der Kabelwärmetauscher 300 ist mit dem Zufuhranschluss 138 und dem Rücklaufanschluss 139 gekoppelt, um dadurch den Kabelwärmetauscher 300 mit der Kühlmittel-Zufuhrleitung 132 und der Kühlmittel-Rücklaufleitung 134 zu koppeln. Kühlmittel fließt durch die Kühlmittelleitungen 132, 134, um Wärme von dem Kabelwärmetauscher 300 weg zu transferieren.
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6 zeigt eine partielle Schnittdarstellung eines Bereichs der Ladeeingangsanordnung 100 gemäß einer exemplarischen Ausführungsform unter Darstellung des Kühladapters 131 und des Kabelwärmetauschers 300. 7 zeigt eine partielle Schnittdarstellung eines Bereichs der Ladeeingangsanordnung 100 gemäß einer exemplarischen Ausführungsform unter Darstellung des Kühladapters 131 und des Kabelwärmetauschers 300.
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Die Stromkabel 118 erstrecken sich zum Anschließen an den Anschlüssen 114 in den Kühladapter 131 hinein. Jedes Stromkabel 118 beinhaltet einen Leiter 180 und einen den Leiter 180 umgebenden Mantel 182. Der Leiter 180 ist an die Schweißfläche 242 des Kabelverbinder 202 angeschlossen. Bei dem Leiter 180 kann es sich um einen verlitzten Leiter oder um einen Leiter 180 mit massivem Kern handeln. An einem Anschlussende 184 des Stromkabels 118 ist ein Bereich des Mantels 182 entfernt, um den Leiter 180 zum Anschließen an dem Leiter 114 freizulegen. Bei einer exemplarischen Ausführungsform ist der Kabelwärmetauscher 300 an dem freiliegenden Bereich des Leiters 180 (z.B. vor dem Ende des Mantels 182) mit dem Stromkabel 118 gekoppelt. Damit ist der Kabelwärmetauscher 300 mit dem Leiter 180 zum effizienten Abführen von Wärme von dem Leiter 180 thermisch gekoppelt, wodurch wiederum Wärme von dem Anschluss 114 abgeführt wird.
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Bei einer exemplarischen Ausführungsform beinhaltet das Stromkabel 118 ein thermisch leitfähiges Trennelement 186, das den Leiter 180 umgibt. Das Trennelement 186 ist aus einem Material hergestellt, das elektrisch isolierend ist, jedoch thermisch leitfähig ist. Damit überträgt das Trennelement 186 in effizienter Weise Wärme zwischen dem Leiter 180 und dem Kabelwärmetauscher 300. Das thermisch leitfähige Trennelement 186 ist relativ dünn, um einen effizienten Wärmetransfer zwischen dem Leiter 180 und dem Kabelwärmetauscher 300 zu ermöglichen. Das Trennelement 186 sorgt ferner für eine elektrische Isolierung des Kabelwärmetauschers 300 von dem Leiter 180 des Stromkabels 118, so dass ein Kurzschließen der Stromkabel 118 und/oder Schock oder Beschädigung aufgrund einer unbeabsichtigten Berührung des Kabelwärmetauschers 300 verhindert sind. Bei einer exemplarischen Ausführungsform ist das thermisch leitfähige Trennelement 186 mit dem Leiter 180 des Stromkabels 118 koaxial angeordnet. Beispielsweise ist das thermisch leitfähige Trennelement 186 um den Leiter 180 herumgewickelt. Das Trennelement 186 kann aus einem Material hergestellt sein, das elektrisch isolierend ist und hohe thermische Leitfähigkeit besitzt. Bei dem Trennelement 186 kann es sich um ein thermisch leitfähiges Epoxy-Material, einen thermoplastisches Material oder ein unter Wärme aushärtendes Material handeln. Das Trennelement 186 kann aus Berylliumoxid, Aluminiumoxid, Aluminiumnitrid, Bornitridsilikon, Keramik, Kapton, Nylon, Polyester und dergleichen hergestellt sein. Bei dem Trennelement 186 kann es sich um eine vorgefertigte Struktur, wie z.B. eine Folie, ein Kissen, einen Flächenkörper, ein Rohr, ein Spritzgussteil und dergleichen handeln. Bei verschiedenen anderen Ausführungsformen kann das Trennelement 186 an Ort und Stelle angebracht sein, wie z.B. als Fett oder Paste. Bei verschiedenen Ausführungsformen handelt es sich bei dem thermisch leitfähigen Trennelement 186 um einen Wärmeschrumpfschlauch, der auf eine Außenfläche des Leiters 180 des Stromkabels 180 aufgebracht ist. Das thermisch leitfähige Trennelement 186 kann aus einem dotierten Polymermaterial hergestellt sein, wie z.B. einem Kunststoffmaterial mit dem Kunststoffmaterial zugesetzten thermisch leitfähigen Materialien zum Erhöhen der Wärmeleitfähigkeit. Bei alternativen Ausführungsformen können andere Arten von thermisch leitfähigem und elektrisch isolierendem Material verwendet werden. Bei einer exemplarischen Ausführungsform ist das Trennelement 186 an dem Stromkabel 118 unter Verwendung von Befestigungselementen 188 angebracht, bei denen es sich z.B. um Bänder, Clips, Klebstoff und dergleichen handelt.
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Bei einer exemplarischen Ausführungsform beinhaltet der Kabelwärmetauscher 300 einen Verteiler 304, der einen sich durch diesen hindurch erstreckenden Kühlmittelkanal 302 sowie eine mit dem Verteiler 304 gekoppelte Unterstützungsplatte 306 aufweist. Die Stromkabel 118 sind dazu ausgebildet, zwischen den Verteiler 304 und die Unterstützungsplatte 306 gepresst zu werden, wenn die Unterstützungsplatte 306 mit dem Verteiler 304 gekoppelt ist. Die Unterstützungsplatte 306 kann unter Verwendung eines Befestigungselements, Clips, Arretierungen oder anderen Befestigungseinrichtungen an dem Verteiler 304 befestigt sein. Das Trennelement 186 ist zwischen dem Verteiler 304 und dem Leiter 180 angeordnet und kann zwischen der Unterstützungsplatte 306 und dem Leiter 180 positioniert sein. Das Trennelement 186 sorgt für eine elektrische Isolierung des Verteilers 304 und der Unterstützungsplatte 306 von dem Leiter 180 des Stromkabels 118, um ein Kurzschließen der Stromkabel 118 zu verhindern.
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Der Verteiler 304 erstreckt sich zwischen einer Zufuhrseite 310 und einer Rücklaufseite 312. Der Verteiler 304 besitzt eine Vorderseite 314 und eine Rückseite 316. Der Verteiler 304 weist ein äußeres Ende 318 und ein dem äußeren Ende 318 gegenüberliegendes inneres Ende 320 auf. Das innere Ende 320 ist den Stromkabeln 118 zugewandt. Bei einer exemplarischen Ausführungsform beinhaltet der Verteiler 304 Verteilertaschen 322 an dem inneren Ende 320, die die Stromkabel 118 aufnehmen. Beispielsweise sind die Verteilertaschen 322 konkav mit einem ähnlichen Krümmungsradius wie ein Krümmungsradius der Stromkabel 118. Auf diese Weise besitzt das innere Ende 320 eine große Oberfläche, die eine Schnittstelle mit den Stromkabel 118 bildet. Die Verteilertaschen 322 können derart ausgebildet sein, dass sie über etwa 180° um die Stromkabel 118 herum mit diesen zusammenwirken. Bei einer exemplarischen Ausführungsform beinhaltet die Unterstützungsplatte 306 Unterstützungsplattentaschen 324, die zum Aufnehmen der Stromkabel 118 mit den Verteilertaschen 322 ausgerichtet sind. Bei verschiedenen Ausführungsformen können die Unterstützungsplatte 306 und das innere Ende 320 des Verteilers 304 ungefähr 360° um jedes der Stromkabel 118 herum umschließen. Wenn der Kabelwärmetauscher 300 montiert ist, ist das Stromkabel 118 zwischen die Unterstützungsplatte 306 und das innere Ende 320 des Verteilers 304 gepresst.
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Der Kühlmittelkanal 302 ist zur Strömungsverbindung mit dem Zufuhranschluss 138 und dem Rücklaufanschluss 139 sowie mit der Zufuhr-Kühlmittelleitung 132 und der Rücklauf-Kühlmittelleitung 134 ausgebildet. Das Kühlmittel wird durch den Kühlmittelkanal 302 geleitet, um Wärme von dem Verteiler 304 des Kabelwärmetauschers 300 zum Kühlen des Stromkabels 118 abzuführen und auf diese Weise den Anschluss 114 zu kühlen. Bei verschiedenen Ausführungsformen besitzt der Kühlmittelkanal 302 einen kreisförmigen Querschnitt. Der Kühlmittelkanal 302 erstreckt sich zwischen einem Einlass 330 auf der Zufuhrseite 310 und einem Auslass 332 auf der Rücklaufseite 312. Optional kann der Einlass 330 mit einem Gewinde versehen sein (z.B. einem Innengewinde oder einem Außengewinde) zur gewindemäßigen Kopplung mit der Zufuhr-Kühlmittelleitung 132 wie z.B. mit einem Fluidkoppler 334 an dem Ende der Zufuhr-Kühlmittelleitung 132. Der Auslass 332 kann mit einem Gewinde versehen sein (z.B. einem Innengewinde oder einem Außengewinde) zur gewindemäßigen Kopplung mit der Rücklauf-Kühlmittelleitung 134, wie z.B. mit einem Fluidkoppler 336 an dem Ende der Rücklauf-Kühlmittelleitung 334. Bei einer exemplarischen Ausführungsform erstreckt sich der Kühlmittelkanal 302 entlang einer Längsachse. Jedoch kann sich der Kühlmittelkanal 302 bei alternativen Ausführungsformen entlang einer nichtlinearen Bahn erstrecken, wie z.B. entlang einer gebogenen oder serpentinenförmigen Bahn. Optional können Dichtungen 338 auf der Zufuhrseite 310 und/oder der Rücklaufseite 212 zur Schnittstellenbildung zwischen dem Verteiler 304 und den Fluidkopplern 334, 336 und/oder dem Kühladapter 131 vorgesehen sein.
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8 zeigt eine Querschnittsansicht des Kabelwärmetauschers 300 gemäß einer exemplarischen Ausführungsform. Das innere Ende 320 des Verteilers 304 ist den Stromkabeln 118 zugewandt und bildet eine Schnittstelle mit diesen. Der Kabelwärmetauscher 300 beinhaltet ein in dem Kühlmittelkanal 302 angeordnetes Volumenverdrängungselement 350 zum Reduzieren eines Volumens des Kühlmittelkanals 302 entlang eines Abschnitts 352 des Kühlmittelkanals 302 (z.B. entlang eines mit den Stromkabeln 118 ausgerichteten zentralen Abschnitts). In dem reduzierten Volumenabschnitt 352 des Kühlmittelkanals 302 ist die Strömungsrate des Kühlmittels erhöht. Beispielsweise ist die Strömungsrate in Räumen 354 zwischen dem Volumenverdrängungselement 350 und einer Innenwand 356 des Kühlmittelkanals 302 erhöht. Die erhöhte Strömungsrate vergrößert den Wärmetransfer zwischen dem Verteiler 304 und dem Kühlmittel und reduziert somit die Temperatur des Verteilers 304 sowie in ähnlicher Weise auch die Temperatur des Stromkabels 118 und des Anschlusses 114.
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Bei einer exemplarischen Ausführungsform ist das Volumenverdrängungselement 350 in dem Kühlmittelkanal 302 ungefähr zentriert, so dass in etwa gleiche Räume 354 auf gegenüberliegenden Seiten des Volumenverdrängungselements 350 gebildet sind. Bei alternativen Ausführungsformen sind jedoch auch andere Positionen möglich. Das Volumenverdrängungselement 350 kann an dem vorderen Ende und dem hinteren Ende des Volumenverdrängungselements 350 rampenförmige Flächen 358 aufweisen, um Turbulenz in dem Kühlmittelkanal 302 zu vermindern.
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9 zeigt eine Querschnittsansicht des Kabelwärmetauschers 300 gemäß einer exemplarischen Ausführungsform. Der Kabelwärmetauscher 300 beinhaltet eine Düse 360 in dem Kühlmittelkanal 302. Die Düse 360 weist eine reduzierte Abmessung (z.B. eine reduzierte Breite) im Vergleich zu einem stromaufwärtigen Segment 362 und/oder einem stromabwärtigen Segment 364 des Kühlmittelkanals 302 auf. Die Düse 360 reduziert die Fläche des Kühlmittelkanals 202 und erhöht damit die Strömungsrate des Kühlmittels durch die Düse 360. Bei einer exemplarischen Ausführungsform ist die Düse 360 mit den Stromkabeln 118 ausgerichtet. Die erhöhte Strömungsrate steigert den Wärmetransfer zwischen dem Verteiler 304 und dem Kühlmittel und reduziert dadurch die Temperatur des Verteilers 304 und gleichzeitig damit auch die Temperatur des Stromkabels 118 und des Anschlusses 114.
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10 zeigt eine Querschnittsansicht des Kabelwärmetauschers 300 gemäß einer exemplarischen Ausführungsform. Der Kabelwärmetauscher 300 beinhaltet Wärmeaustauschrippen 370, die in dem Kühlmittelkanal 302 angeordnet sind. Die Wärmeaustauschrippen 370 sind mit dem Verteiler 304 thermisch gekoppelt und übertragen Wärme von dem Verteiler 304 auf das Kühlmittel. Beispielsweise können die Wärmeaustauschrippen 370 in integraler Weise mit dem Verteiler 304 ausgebildet sein. Die Wärmeaustauschrippen 370 vergrößern die mit dem Kühlmittel in thermischem Kontakt stehende Oberfläche des Kabelwärmetauschers 300 und steigern damit die thermische Wirksamkeit des Kabelwärmetauschers 300. Bei einer exemplarischen Ausführungsform erstrecken sich die Wärmeaustauschrippen 370 parallel zu der KühlmittelStrömungsrichtung durch den Kühlmittelkanal 302. Bei einer exemplarischen Ausführungsform können die Wärmeaustauschrippen 370 ungefähr gleich voneinander beabstandet sein und dadurch Räume zwischen sich bilden, die allgemein gleiche Breiten auf gegenüberliegenden Seiten der Wärmeaustauschrippen 370 aufweisen. Bei alternativen Ausführungsformen sind jedoch auch andere Positionen und Orientierungen möglich. Die Wärmeaustauschrippen 370 können an dem vorderen Ende und dem hinteren Ende der Wärmeaustauschrippen 370 rampenförmige Flächen aufweisen, um Turbulenz in dem Kühlmittelkanal 302 zu reduzieren.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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