DE102020117581A1 - System and method for temperature control of an electrical battery system and / or power electronics - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft unter anderem ein System (100; 200; 300; 400) zur Temperierung eines elektrischen Batteriesystems (21), vorzugsweise eines Traktionsbatteriesystems, und/oder einer Leistungselektronik (21) eines elektromotorisch angetriebenen Kraftfahrzeugs (20) während eines Ladevorgangs des Batteriesystems (21) mittels einer Ladestation (10). Das System (100; 200; 300; 400) umfasst einen fahrzeugseitigen Fluidkreislauf (22) für ein Kraftfahrzeug (20) zur Temperierung des Batteriesystems (21) und/oder der Leistungselektronik (21), und einen ladestationsseitigen Fluidkreislauf (12) für eine Ladestation (10). Das System (100; 200; 300; 400) umfasst ferner eine Kopplungsvorrichtung, die ausgebildet ist, während des Ladevorgangs des Batteriesystems (21) den fahrzeugseitigen Fluidkreislaufs (22) und den ladestationsseitigen Fluidkreislaufs (12) thermisch zu koppeln, wobei der fahrzeugseitige Fluidkreislauf (22) und der ladestationsseitige Fluidkreislauf (12) bei der thermischen Kopplung fluidisch getrennt sind.The present invention relates, among other things, to a system (100; 200; 300; 400) for controlling the temperature of an electric battery system (21), preferably a traction battery system, and/or power electronics (21) of a motor vehicle (20) driven by an electric motor during a charging process of the battery system (21) by means of a charging station (10). The system (100; 200; 300; 400) comprises a vehicle-side fluid circuit (22) for a motor vehicle (20) for temperature control of the battery system (21) and/or the power electronics (21), and a charging station-side fluid circuit (12) for a charging station (10). The system (100; 200; 300; 400) further comprises a coupling device which is designed to thermally couple the vehicle-side fluid circuit (22) and the charging station-side fluid circuit (12) during the charging process of the battery system (21), the vehicle-side fluid circuit ( 22) and the charging station-side fluid circuit (12) are fluidically separated in the thermal coupling.
Description
Die Erfindung betrifft ein System und ein Verfahren zur Temperierung eines elektrischen Batteriesystems und/oder einer Leistungselektronik eines elektromotorisch angetriebenen Kraftfahrzeugs während eines Ladevorgangs des Batteriesystems mittels einer Ladestation. Die Erfindung betrifft ferner ein elektromotorisch antreibbares Kraftfahrzeug und eine Ladestation zum Aufladen des Kraftfahrzeugs, die thermisch miteinander koppelbar sind.The invention relates to a system and a method for temperature control of an electric battery system and / or power electronics of a motor vehicle driven by an electric motor during a charging process of the battery system by means of a charging station. The invention also relates to a motor vehicle that can be driven by an electric motor and a charging station for charging the motor vehicle, which can be thermally coupled to one another.
Um elektrische Batteriesysteme, vorzugsweise Traktionsbatteriesysteme von elektromotorisch angetriebenen Kraftfahrzeugen, vor Schäden, z.B. sinkende Ladekapazitäten, zu schützen und möglichst hohe Lebensdauern zu erreichen, ist es notwendig, die Temperaturen dieser Batteriesysteme in einem bestimmten Temperaturbereich zu halten.In order to protect electrical battery systems, preferably traction battery systems of electric motor-driven vehicles, from damage, e.g. decreasing charging capacities, and to achieve the longest possible service life, it is necessary to keep the temperatures of these battery systems in a certain temperature range.
Insbesondere Ladevorgänge können in Abhängigkeit von der Höhe des jeweiligen Ladestroms zu hohen Wärmeentwicklungen führen. So verursacht ein höherer Ladestrom eine erhöhte Verlustleistung, welche in Wärme umgesetzt wird. Ferner können durch die hohen Wärmeentwicklungen auch die mit den Batteriesystemen elektrisch verbundenen Leistungselektroniken miterwärmt und potentiell geschädigt werden.Charging processes in particular can lead to high levels of heat being generated, depending on the level of the respective charging current. A higher charging current causes an increased power loss, which is converted into heat. Furthermore, the high heat generation can also heat the power electronics electrically connected to the battery systems and potentially damage them.
Bei der stetigen Weiterentwicklung der Schnellladeverfahren von Traktionsbatteriesystemen mit zukünftig angestrebten Ladeleistungen von bis zu 4 MW und höher ist es daher zunehmend wichtiger, die beim Laden entstehende Wärme effizient abzuführen.With the constant further development of the fast charging process for traction battery systems with future charging capacities of up to 4 MW and higher, it is therefore increasingly important to efficiently dissipate the heat generated during charging.
Bekannte Konzepte sehen u.a. vor, dass eine Ladestation und ein Elektrofahrzeug während eines Ladevorgangs zusätzlich fluidisch gekoppelt sind, um das Batteriesystem des Elektrofahrzeugs mit Kühlmittel aus der Ladestation zu kühlen.Known concepts provide that a charging station and an electric vehicle are additionally fluidically coupled during a charging process in order to cool the battery system of the electric vehicle with coolant from the charging station.
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Diese bekannten Konzepte sind jedoch aufwendig, da sowohl in der Ladestation als auch im Fahrzeug Kühlmittelleitungen vorzusehen sind, die eigens für die Kühlung des Batteriesystems während des Ladevorgangs konzipiert sind. Zudem besteht bei einer fluidischen Kopplung grundlegend die Gefahr von Leckagen und damit die Gefahr, dass keine ausreichende Kühlleistung gewährleistet werden kann.These known concepts are complex, however, since coolant lines have to be provided both in the charging station and in the vehicle, which are specially designed for cooling the battery system during the charging process. In addition, with a fluidic coupling there is fundamentally the risk of leaks and thus the risk that sufficient cooling capacity cannot be guaranteed.
Ferner benötigt eine fluidische Kopplung nicht nur eine gewisse Vorlaufzeit, um Kühlmittel von der Ladestation in das Kraftfahrzeug einzuleiten und dadurch eine Zirkulation des Kühlmittels im Kühlkreislauf herzustellen. Es muss nach Beendigung des Ladevorgangs auch gewährleistet sein, dass das erwärmte Kühlmittel vollständig an die Ladestation zurückgeleitet worden ist. In Hinblick auf die fortwährende Weiterentwicklung der Schnellladeverfahren, die zu einer stetigen Reduzierung der Standzeit für einen Ladevorgang führt, ist jede zusätzlich benötigte Zeit nachteilig.Furthermore, a fluidic coupling not only requires a certain lead time in order to introduce coolant from the charging station into the motor vehicle and thereby establish a circulation of the coolant in the cooling circuit. After the charging process has ended, it must also be ensured that the heated coolant has been completely returned to the charging station. With regard to the continuous further development of the fast charging process, which leads to a steady reduction in the downtime for a charging process, any additional time required is disadvantageous.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein alternatives und/oder verbessertes System zur Temperierung eines Batteriesystems und/oder einer Leistungselektronik eines elektromotorisch angetriebenen Kraftfahrzeugs während eines Ladevorgangs zu schaffen. Insbesondere besteht die Aufgabe darin, eine effiziente, sichere und einfache Wärmeübertragung zwischen einem Kraftfahrzeug und einer Ladestation herzustellen.The invention is based on the object of creating an alternative and / or improved system for temperature control of a battery system and / or power electronics of a motor vehicle driven by an electric motor during a charging process. In particular, the task is to establish efficient, safe and simple heat transfer between a motor vehicle and a charging station.
Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen und der Beschreibung angegeben.The object is achieved by the features of the independent claims. Advantageous developments are given in the dependent claims and the description.
Gemäß einem allgemeinen Aspekt der Erfindung wird ein System zur Temperierung, vorzugsweise zur Kühlung, eines elektrischen Batteriesystems und/oder einer Leistungselektronik eines elektromotorisch angetriebenen Kraftfahrzeugs während eines Ladevorgangs des Batteriesystems mittels einer Ladestation bereitgestellt. Das Batteriesystem kann ein Traktionsbatteriesystem sein. Unter einem Batteriesystem wird allgemein ein wiederaufladbarer Speicher für elektrische Energie verstanden.According to a general aspect of the invention, a system for temperature control, preferably for cooling, of an electric battery system and / or power electronics of a motor vehicle driven by an electric motor is provided during a charging process of the battery system by means of a charging station. The battery system can be a traction battery system. A battery system is generally understood to mean a rechargeable store for electrical energy.
Das System umfasst einen fahrzeugseitigen Fluidkreislauf für das Kraftfahrzeug zur Temperierung des Batteriesystems und/oder der Leistungselektronik, sowie einen ladestationsseitigen Fluidkreislauf für die Ladestation. Das System umfasst ferner eine Kopplungsvorrichtung, die ausgebildet ist, während des Ladevorgangs des Batteriesystems den fahrzeugseitigen Fluidkreislauf und den ladestationsseitigen Fluidkreislauf thermisch zu koppeln, wobei der fahrzeugseitige Fluidkreislauf und der ladestationsseitige Fluidkreislauf bei der thermischen Kopplung fluidisch getrennt sind.The system comprises a vehicle-side fluid circuit for the motor vehicle for temperature control of the battery system and / or the power electronics, as well as a charging station-side fluid circuit for the charging station. The system further comprises a coupling device that is formed is to thermally couple the vehicle-side fluid circuit and the charging station-side fluid circuit during the charging process of the battery system, wherein the vehicle-side fluid circuit and the charging station-side fluid circuit are fluidically separated in the thermal coupling.
Vorteilhaft erfolgt eine Wärmeübertragung zwischen dem fahrzeugseitigen Fluidkreislauf und dem ladestationsseitigen Fluidkreislauf nicht durch eine fluidische Kopplung, d.h. durch Fluidaustausch, sondern durch eine einfache thermische Kopplung und damit per Wärmeleitung bzw. Wärmeübertragung zwischen den beiden geschlossenen Fluidkreisläufen.A heat transfer between the vehicle-side fluid circuit and the charging station-side fluid circuit does not advantageously take place by a fluidic coupling, i.e. by fluid exchange, but by a simple thermal coupling and thus by heat conduction or heat transfer between the two closed fluid circuits.
Durch das erfindungsgemäße System wird ein Ladekonzept, insbesondere ein Schnellladekonzept, für Anwendungen elektromotorisch angetriebener Kraftfahrzeuge umgesetzt, bei dem die beim Laden, insbesondere beim „Schnellladen“ mit hohen Ladeleistungen, entstehende Wärme effizient abgeführt und Vorort gelassen werden kann.The system according to the invention implements a charging concept, in particular a fast charging concept, for applications in motor vehicles driven by electric motors, in which the heat generated during charging, especially during “fast charging” with high charging powers, can be efficiently dissipated and left on site.
Das erfindungsgemäße System zielt somit in erster Linie darauf ab, die beim Ladevorgang entstehende Wärme effizient von dem Batteriesystem und/oder der Leistungselektronik abzuführen, ist jedoch nicht darauf begrenzt. So ist mittels des Systems auch eine Erwärmung des Batteriesystems und/oder der Leistungselektronik möglich, beispielsweise um das Batteriesystem vor dem Ladevorgang auf eine vorbestimmte Temperatur zu erwärmen, was bei kalten Umgebungstemperaturen vorteilhaft sein kann. Das System ermöglicht somit, die beim Laden entstehende Wärme abzuführen und ggf. bei tiefen Temperaturen aufzuheizen, um das Batteriesystem zu schützen und ihre Lebensdauer zu erhöhen.The system according to the invention is thus primarily aimed at efficiently dissipating the heat generated during the charging process from the battery system and / or the power electronics, but is not limited to this. The system can also be used to heat the battery system and / or the power electronics, for example to heat the battery system to a predetermined temperature before the charging process, which can be advantageous in cold ambient temperatures. The system thus makes it possible to dissipate the heat generated during charging and, if necessary, to heat it up at low temperatures in order to protect the battery system and increase its service life.
Unter einem fahrzeugseitigen Fluidkreislauf wird ein Fluidkreislauf zur Temperierung des Batteriesystems und/oder der Leistungselektronik des Kraftfahrzeugs verstanden, der für den Einbau im Kraftfahrzeug vorgesehen ist oder im Kraftfahrzeug verbaut ist. Analog wird unter einem ladestationsseitigen Fluidkreislauf ein Fluidkreislauf verstanden, der für den Einbau in der Ladestation vorgesehen ist oder in der Ladestation verbaut ist.A vehicle-side fluid circuit is understood to mean a fluid circuit for temperature control of the battery system and / or the power electronics of the motor vehicle, which is intended for installation in the motor vehicle or is built into the motor vehicle. Analogously, a fluid circuit on the charging station side is understood to mean a fluid circuit which is provided for installation in the charging station or is built into the charging station.
Das System kann ferner ein elektromotorisch angetriebenes, den fahrzeugseitigen Fluidkreislauf aufweisendes Kraftfahrzeug umfassen. Das elektromotorisch angetriebene Kraftfahrzeug kann ein Elektrofahrzeug (englisch: Battery Electric Vehicle oder BEV) oder ein Plug-in-Hybridfahrzeug (englisch: Plug-in Hybrid Electric Vehicle oder PHEV) sein.The system can furthermore comprise a motor vehicle driven by an electric motor and having the fluid circuit on the vehicle side. The motor vehicle driven by an electric motor can be an electric vehicle (English: Battery Electric Vehicle or BEV) or a plug-in hybrid vehicle (English: Plug-in Hybrid Electric Vehicle or PHEV).
Das System kann ferner eine den ladestationsseitigen Fluidkreislauf aufweisende Ladestation zum Aufladen des Batteriesystems des Kraftfahrzeugs umfassen.The system can furthermore comprise a charging station, which has the fluid circuit on the charging station side, for charging the battery system of the motor vehicle.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann die Kopplungsvorrichtung mindestens einen Wärmeleitkörper umfassen. DerWärmeleitkörper ist aus einem gut wärmeleitfähigem Material, beispielsweise aus Metall, hergestellt. Der Wärmeleitkörper zeichnet sich dadurch aus, dass er derart am Kraftfahrzeug und/oder der Ladestation verfahrbar angeordnet ist, dass der Wärmeleitkörper beim Ladevorgang in eine Kontaktstellung bringbar ist, in der der Wärmeleitkörper die thermische Kopplung des fahrzeugseitigen Fluidkreislaufs und ladestationsseitigen Fluidkreislaufs herstellt.According to a preferred embodiment, the coupling device can comprise at least one heat conducting body. The heat conducting body is made of a material with good thermal conductivity, for example metal. The heat-conducting body is characterized in that it is movably arranged on the motor vehicle and / or the charging station in such a way that the heat-conducting body can be brought into a contact position during the charging process in which the heat-conducting body establishes the thermal coupling of the vehicle-side fluid circuit and the charging-station-side fluid circuit.
Die Kopplungsvorrichtung kann eingerichtet sein, den mindestens einen Wärmeleitkörper bei Ladevorgang in die Kontaktstellung zu verfahren, wobei der Wärmeleitkörper nur mit einem der beiden Kühlkreise dauerhaft, z.B. fest, thermisch gekoppelt ist. Ist der Wärmeleitkörper dauerhaft mit dem fahrzeugseitigen Fluidkreislauf thermisch gekoppelt, so ist der Wärmeleitkörper in eine Kontaktstellung mit dem ladestationsseitigen Fluidkreislauf bringbar. Ist der Wärmeleitkörper dauerhaft mit dem ladestationseitigen Fluidkreislauf thermisch gekoppelt, so ist der Wärmeleitkörper in eine Kontaktstellung mit dem fahrzeugseitigen Fluidkreislauf bringbar.The coupling device can be set up to move the at least one heat conducting body into the contact position during the charging process, the heat conducting body being permanently, e.g. firmly, thermally coupled to only one of the two cooling circuits. If the heat-conducting body is permanently thermally coupled to the vehicle-side fluid circuit, the heat-conducting body can be brought into a contact position with the fluid circuit on the charging station side. If the heat-conducting body is permanently thermally coupled to the fluid circuit on the charging station side, the heat-conducting body can be brought into a contact position with the fluid circuit on the vehicle side.
Vorteilhaft ermöglicht der verfahrbare mindestens eine Wärmeleitkörper eine schnelle und einfache Herstellung der thermischen Kopplung vor Beginn bzw. während des Ladevorgangs, und ein schnelles und einfaches Lösen der thermischen Kopplung nach Beendigung des Ladevorgangs.The movable at least one heat conducting body advantageously enables the thermal coupling to be established quickly and easily before the start of or during the charging process, and the thermal coupling to be released quickly and easily after the charging process has ended.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform kann der mindestens eine Wärmeleitkörper einen fahrzeugseitigen Wärmeleitkörper und/oder einen ladestationsseitigen Wärmeleitkörper umfassen.According to a further preferred embodiment, the at least one heat-conducting body can comprise a vehicle-side heat-conducting body and / or a heat-conducting body on the charging station.
Der fahrzeugseitige Wärmeleitkörper kann in den fahrzeugseitigen Fluidkreislauf eingebunden sein oder mit diesem in thermischen Kontakt stehen. Der ladestationsseitige Wärmeleitkörper kann in den ladestationsseitigen Fluidkreislauf eingebunden sein oder mit diesem in thermischen Kontakt stehen.The vehicle-side heat conducting body can be integrated into the vehicle-side fluid circuit or be in thermal contact with it. The heat conducting body on the charging station side can be integrated into the fluid circuit on the charging station side or be in thermal contact with it.
Sind ein fahrzeugseitiger Wärmeleitkörper und ein ladestationsseitiger Wärmeleitkörper vorhanden, so kann die Kopplungsvorrichtung ausgebildet sein, beim Ladevorgang den fahrzeugseitigen Wärmeleitkörper mit dem ladestationsseitigen Wärmeleitkörper in Kontakt zu bringen. Die thermische Kopplung des fahrzeugseitigen Fluidkreislaufs und des ladestationsseitigen Fluidkreislaufs kann durch einen thermischen Kontakt des fahrzeugseitigen Wärmeleitkörpers und des ladestationsseitigen Wärmeleitkörpers hergestellt werden.If a vehicle-side heat-conducting body and a charging-station-side heat-conducting body are present, the coupling device can be designed to bring the vehicle-side heat-conducting body into contact with the charging-station-side heat conducting body during the charging process. The thermal coupling of the fluid circuit on the vehicle side and the fluid circuit on the charging station side can be achieved by a thermal contact of the vehicle-side heat conducting body and the charging station-side heat conducting body can be established.
Der fahrzeugseitige Wärmeleitkörper und/oder der ladestationsseitige Wärmeleitkörper können verfahrbar angeordnet sein. Die Kopplungsvorrichtung kann eingerichtet sein, den fahrzeugseitigen Wärmeleitkörper und/oder den ladestationsseitigen Wärmeleitkörper in eine Kontaktstellung zu verfahren, in der ein thermischer Kontakt zwischen dem fahrzeugseitigen Wärmeleitkörper und/oder dem ladestationsseitigen Wärmeleitkörper hergestellt ist. Gemäß einer weiteren Variante kann die Kopplungsvorrichtung einen Kontaktsensor aufweisen, der ausgebildet ist, zu erfassen, ob die Kontaktstellung erreicht ist, wobei die Kopplungsvorrichtung ausgebildet ist Wärmeleitkörper in Abhängigkeit von dem Sensorsignal des Kontaktsensors in die Kontaktstellung automatisiert zu verfahren. Dadurch kann eine sichere thermische Kontaktierung erzielt werden, insofern sich das Kraftfahrzeug in einer vorbestimmten Ladeparkposition relativ zur Ladestation befindet.The heat conducting body on the vehicle side and / or the heat conducting body on the charging station can be arranged to be movable. The coupling device can be configured to move the vehicle-side heat-conducting body and / or the charging station-side heat-conducting body into a contact position in which thermal contact is established between the vehicle-side heat conducting body and / or the charging station-side heat conducting body. According to a further variant, the coupling device can have a contact sensor which is designed to detect whether the contact position has been reached, the coupling device being designed to automatically move the heat conducting body into the contact position as a function of the sensor signal from the contact sensor. As a result, reliable thermal contact can be achieved if the motor vehicle is in a predetermined charging park position relative to the charging station.
Gemäß einer Ausführungsform kann der fahrzeugseitige Wärmeleitkörper an einer Außenseite des Kraftfahrzeugs, z.B. einer seitlichen oder unteren Außenseite des Kraftfahrzeugs, angeordnet sein. Der ladestationsseitige Wärmeleitkörper kann mittels einer Hubvorrichtung zum fahrzeugseitigen Wärmeleitkörper hin verfahrbar angeordnet sein, was eine konstruktiv vorteilhafte Realisierung ermöglicht. Die Hubvorrichtung kann lediglich beispielhaft einen ausfahrbaren Tragarm umfassen, an dessen freiem Ende der ladestationsseitige Wärmeleitkörper angeordnet ist. Der Tragarm kann ein Teleskoparm sein.According to one embodiment, the vehicle-side heat conducting body can be arranged on an outside of the motor vehicle, for example a lateral or lower outside of the motor vehicle. The heat conducting body on the charging station side can be arranged such that it can be moved towards the heat conducting body on the vehicle side by means of a lifting device, which enables a structurally advantageous implementation. The lifting device can comprise, by way of example only, an extendable support arm, at the free end of which the heat conducting body on the charging station side is arranged. The support arm can be a telescopic arm.
Der fahrzeugseitige Wärmeleitkörper und/oder der ladestationsseitige Wärmeleitkörper können plattenförmig ausgeführt sein. Alternativ oder ergänzend können der fahrzeugseitige Wärmeleitkörper und/oder der ladestationsseitige Wärmeleitkörper eine Kontaktplatte aufweisen.The heat conducting body on the vehicle side and / or the heat conducting body on the charging station side can be designed in the form of a plate. As an alternative or in addition, the heat conducting body on the vehicle side and / or the heat conducting body on the charging station side can have a contact plate.
In einer weiteren Ausführungsform kann der fahrzeugseitige Fluidkreislauf ferner einen Fahrzeugkühler und/oder eine erste Fluidpumpe aufweisen.In a further embodiment, the vehicle-side fluid circuit can furthermore have a vehicle radiator and / or a first fluid pump.
Vorteilhaft kann der fahrzeugseitige Fluidkreislauf auch zum Temperaturmanagement, d.h. zur Kühlung und/oder Erwärmung, des Batteriesystems und/oder der Leistungselektronik im Betriebszustand vorgesehen sein. Beispielsweise kann der fahrzeugseitige Fluidkreislauf ein bereits im Kraftfahrzeug vorhandener Fluidkreislauf sein. Beispielsweise kann der Fluidkreislauf ausgebildet sein, wahlweise in einem Kühlmodus und Heizmodus betrieben zu werden.The vehicle-side fluid circuit can advantageously also be provided for temperature management, i.e. for cooling and / or heating, of the battery system and / or the power electronics in the operating state. For example, the vehicle-side fluid circuit can be a fluid circuit that is already present in the motor vehicle. For example, the fluid circuit can be designed to be operated optionally in a cooling mode and heating mode.
Gemäß einer Variante kann der fahrzeugseitige Fluidkreislauf ferner eine Bypass-Leitung mit einer Ventileinrichtung zur steuerbaren Umgehung einer Teilleitung des fahrzeugseitigen Fluidkreislaufs aufweisen, wobei der Fahrzeugkühler in der Teilleitung angeordnet ist.According to a variant, the vehicle-side fluid circuit can furthermore have a bypass line with a valve device for controllably bypassing a sub-line of the vehicle-side fluid circuit, the vehicle cooler being arranged in the sub-line.
Vorteilhaft ermöglicht die Bypass-Leitung mit der Ventileinrichtung, den Fahrzeugkühler bei Bedarf aus dem Fluidkreislauf ein- oder auszugliedern. Während des Ladevorgangs kann der Fahrzeugkühler ausgegliedert sein, um die im Wesentlichen gesamten entstehenden Wärmemengen über die Kopplungsvorrichtung an den ladestationsseitigen Fluidkreislauf zu übertragen. Um eine effiziente Wärmeabfuhr zu gewährleisten, kann der Fahrzeugkühler bei Bedarf wieder eingegliedert werden, d.h. die Bypass-Leitung ist mittels der Ventileinrichtung geschlossen und die Teilleitung ist geöffnet, wenn die entstehenden Wärmemengen beispielsweise nicht mehr vollständig durch die Kopplungsvorrichtung an ladestationsseitigen Fluidkreislauf übertragen werden können und zusätzliche Kühlleistung notwendig ist.The bypass line with the valve device advantageously enables the vehicle radiator to be integrated or removed from the fluid circuit as required. During the charging process, the vehicle cooler can be separated out in order to transfer the substantially entire amounts of heat produced via the coupling device to the fluid circuit on the charging station side. In order to ensure efficient heat dissipation, the vehicle cooler can be reintegrated if necessary, that is, the bypass line is closed by means of the valve device and the sub-line is open when the resulting amounts of heat can no longer be completely transferred through the coupling device to the fluid circuit on the charging station side, for example additional cooling capacity is necessary.
Zusätzlich zum Fahrzeugkühler kann auch die erste Fluidpumpe in der Teilleitung angeordnet sein und in der Bypass-Leitung eine zweite Fluidpumpe, die für einen höheren Volumenstrom als die erste Fluidpumpe ausgebildet ist, angeordnet sein.In addition to the vehicle radiator, the first fluid pump can also be arranged in the partial line and a second fluid pump, which is designed for a higher volume flow than the first fluid pump, can be arranged in the bypass line.
Das Batteriesystem erzeugt bei einem Ladevorgang, insbesondere einem Schnellladevorgang, höhere Wärmemengen als im Betriebszustand. Vorteilhaft ist die zweite Fluidpumpe daher für Volumenströme dimensioniert, die eine erforderliche Kühlleistung während des Ladevorgangs ermöglichen kann. In einem normalen Fahrbetrieb kann dagegen die effizientere erste Fluidpumpe genutzt werden, so dass insgesamt ein energieeffizienter Betrieb des Kraftfahrzeugs ermöglicht wird.During a charging process, in particular a rapid charging process, the battery system generates higher amounts of heat than in the operating state. The second fluid pump is therefore advantageously dimensioned for volume flows that can enable the required cooling capacity during the charging process. In a normal driving operation, however, the more efficient first fluid pump can be used, so that overall an energy-efficient operation of the motor vehicle is made possible.
Das erfindungsgemäße System kann in einer Ausführungsform ausgebildet sein, die Bypass-Leitung mittels der Ventileinrichtung während des Ladevorgangs des Batteriesystems zu öffnen und die Teilleitung zu schließen.In one embodiment, the system according to the invention can be designed to open the bypass line by means of the valve device during the charging process of the battery system and to close the partial line.
Gemäß einer weiteren Variante kann der fahrzeugseitige Fluidkreislauf zwei fluidisch getrennte Teilkreisläufe, nämlich einen ersten Teilkreislauf und einen zweiten Teilkreislauf, umfassen. In dieser Variante sind der Fahrzeugkühler und die erste Fluidpumpe in dem ersten Teilkreislauf angeordnet. Zudem ist eine zweite Fluidpumpe, die für einen höheren Volumenstrom als die erste Fluidpumpe ausgebildet ist, in dem zweiten Teilkreislauf angeordnet, wobei von den beiden Teilkreisläufen nur der zweite Teilkreislauf direkt thermisch mit der Kopplungsvorrichtung gekoppelt ist und/oder koppelbar ist.According to a further variant, the vehicle-side fluid circuit can comprise two fluidically separate sub-circuits, namely a first sub-circuit and a second sub-circuit. In this variant, the vehicle radiator and the first fluid pump are arranged in the first partial circuit. In addition, a second fluid pump, which is designed for a higher volume flow than the first fluid pump, is arranged in the second sub-circuit, only the second sub-circuit of the two sub-circuits being directly thermally connected to the Coupling device is coupled and / or can be coupled.
Der zweite Teilkreislauf ist somit ausschließlich dazu ausgebildet, das Batteriesystem und/oder die Leistungselektronik während des Ladevorgangs zu temperieren. Das Temperaturmanagement des Batteriesystems und/oder der Leistungselektronik im Betriebszustand des Kraftfahrzeugs erfolgt über einen unabhängigen ersten Teilkreislauf. Vorteilhaft ist hier kein Umschalten einer Ventileinrichtung notwendig und der zweite Teilkreislauf kann ferner optimiert für die Temperierung während des Ladevorgangs, insbesondere der effektiven Wärmeabführung bei Schnellladevorgängen, ausgebildet sein.The second sub-circuit is thus designed exclusively to control the temperature of the battery system and / or the power electronics during the charging process. The temperature management of the battery system and / or the power electronics in the operating state of the motor vehicle takes place via an independent first partial circuit. Advantageously, switching over of a valve device is not necessary here and the second sub-circuit can also be designed to be optimized for temperature control during the charging process, in particular for effective heat dissipation during rapid charging processes.
Der erste Teilkreislauf kann ein dielektrisches Fluid als ein Temperiermittel, vorzugsweise zur Seitenflächentemperierung von Zellen des Batteriesystems, aufweisen.The first partial circuit can have a dielectric fluid as a temperature control means, preferably for side surface temperature control of cells of the battery system.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann das System ausgebildet sein, während des Ladevorgangs ein Ansteuersignal zur Ansteuerung des Fahrzeugkühlers an das Kraftfahrzeug zu senden. Vorzugsweise kann das System ausgebildet sein, das Ansteuersignal nach einer vorbestimmten Zeit nach Beginn des Ladevorgangs an das Kraftfahrzeug zu senden, um den Fahrzeugkühler zu aktivieren.According to a further embodiment, the system can be designed to send a control signal for controlling the vehicle cooler to the motor vehicle during the charging process. The system can preferably be designed to send the control signal to the motor vehicle after a predetermined time after the start of the charging process in order to activate the vehicle radiator.
Vorteilhaft kann das System somit den Fahrzeugkühler aktivieren, wenn während des Ladevorgangs eine zusätzliche Kühlleistung erforderlich ist.The system can thus advantageously activate the vehicle cooler if additional cooling is required during the charging process.
In einer weiteren Ausführungsform kann das System ferner eine Ladeschnittstelle zum elektrischen Verbinden der Ladestation mit dem Kraftfahrzeug beim Laden des Batteriesystems aufweisen, wobei in die Ladeschnittstelle eine Kommunikationsschnittstelle zum Datenaustausch zwischen Ladestation und Kraftfahrzeug, z.B. eine On-Board-Diagnose, OBD, -Schnittstelle, integriert sein. Insbesondere kann die Ladestation ausgebildet sein, das Ansteuersignal über die Kommunikationsschnittstelle an das Kraftfahrzeug zu senden.In a further embodiment, the system can also have a charging interface for electrically connecting the charging station to the motor vehicle when charging the battery system, with a communication interface in the charging interface for data exchange between the charging station and the motor vehicle, e.g. an on-board diagnosis, OBD interface, be integrated. In particular, the charging station can be designed to send the control signal to the motor vehicle via the communication interface.
Das System, insbesondere die Ladestation, kann ferner ausgebildet sein, ein Kopplungsvorrichtung -Ansteuersignal über die Kommunikationsschnittstelle an das Kraftfahrzeug oder die Kopplungsvorrichtung zu senden, um den fahrzeugseitigen Wärmeleitkörper in die Kontaktstellung zu verfahren. Das System, insbesondere die Ladestation, kann ferner ausgebildet sein, ein Fluidkreislauf-Ansteuersignal über die Kommunikationsschnittstelle an das Kraftfahrzeug zu senden, um die erste Fluidpumpe und/oder die zweite Fluidpumpe und/oder die Ventileinrichtung des fahrzeugseitigen Fluidkreislaufs zu steuern.The system, in particular the charging station, can also be designed to send a coupling device control signal via the communication interface to the motor vehicle or the coupling device in order to move the vehicle-side heat conducting body into the contact position. The system, in particular the charging station, can also be designed to send a fluid circuit control signal via the communication interface to the motor vehicle in order to control the first fluid pump and / or the second fluid pump and / or the valve device of the vehicle-side fluid circuit.
Vorteilhaft kann das System die Temperierung während des Ladevorgangs zumindest teilweise über die Ladestation steuern. Besonders vorteilhaft kann die gesamte Steuerung durch die Ladestation erfolgen, während sich das Kraftfahrzeug im Ruhezustand, d.h. im abgestellten Zustand, befindet.The system can advantageously control the temperature during the charging process at least partially via the charging station. The entire control can be carried out particularly advantageously by the charging station while the motor vehicle is in the idle state, i.e. in the parked state.
In einer weiteren Ausführungsform kann der ladestationsseitige Fluidkreislauf ferner einen Wärmespeicher und/oder einen Energiewandler aufweisen.In a further embodiment, the fluid circuit on the charging station side can furthermore have a heat store and / or an energy converter.
Vorteilhaft wird ein nachhaltiges Ladekonzept, insbesondere ein Schnellladekonzept, für Anwendungen elektromotorisch angetriebener Kraftfahrzeuge umgesetzt, bei dem die beim Laden entstehende Wärme effizient abgeführt, Vorort gelassen und nachhaltig weitergenutzt werden kann. Die „zurückgelassene Abwärme“ kann z.B. für das Heizen eines Restaurants und oder durch die Rückverstromung ähnlich zu einem System zur Abwärmerückgewinnung (engl.: Waste Heat Recovery system oder WHR system) verwendet werden. Vorstellbar ist auch, dass die Ladestation ein integriertes Verrechnungssystem umfasst, sodass der Fahrer des Kraftfahrzeugs über ein Bonussystem oder eine Minderung der Ladestromkosten eine Belohnung für die „zurückgelassene Abwärme“ erhält.A sustainable charging concept, in particular a fast charging concept, is advantageously implemented for applications in motor vehicles driven by electric motors, in which the heat generated during charging can be efficiently dissipated, left on site and used sustainably. The "left behind waste heat" can be used, for example, for heating a restaurant and or through reconversion, similar to a system for waste heat recovery (Waste Heat Recovery system or WHR system). It is also conceivable that the charging station includes an integrated billing system so that the driver of the motor vehicle receives a reward for the “waste heat left behind” via a bonus system or a reduction in charging electricity costs.
Ein weiterer allgemeiner Aspekt der Erfindung sieht ein elektromotorisch antreibbares Kraftfahrzeug, vorzugsweise ein Nutzfahrzeug, für ein erfindungsgemäßes System wie hierin offenbart vor. Das Kraftfahrzeug umfasst ein elektrisches Batteriesystem, einen Fluidkreislauf und eine Kopplungseinrichtung. Der Fluidkreislauf kann die Merkmale des fahrzeugseitigen Fluidkreislaufs gemäß einem System wie hierin offenbart aufweisen. Mit anderen Worten kann der Fluidkreis des Kraftfahrzeugs optional die beiden Teilkreisläufe, die erste und zweite Fluidpumpe etc. wie vorstehend beschrieben, aufweisen.Another general aspect of the invention provides a motor vehicle that can be driven by an electric motor, preferably a utility vehicle, for a system according to the invention as disclosed herein. The motor vehicle comprises an electrical battery system, a fluid circuit and a coupling device. The fluid circuit can have the features of the vehicle-side fluid circuit according to a system as disclosed herein. In other words, the fluid circuit of the motor vehicle can optionally have the two sub-circuits, the first and second fluid pumps etc. as described above.
Die Kopplungseinrichtung ist ausgebildet, während des Ladevorgangs des Batteriesystems den fahrzeugseitigen Fluidkreislauf mit einem ladestationsseitigen Fluidkreislauf thermisch zu koppeln, wobei der fahrzeugseitige Fluidkreislauf und der ladestationsseitige Fluidkreislauf bei der thermischen Kopplung fluidisch getrennt sind. Die Kopplungseinrichtung des Kraftfahrzeugs bildet den fahrzeugseitigen Teil der Kopplungsvorrichtung gemäß einem System wie hierin offenbart aus.The coupling device is designed to thermally couple the vehicle-side fluid circuit with a charging station-side fluid circuit during the charging process of the battery system, the vehicle-side fluid circuit and the charging station-side fluid circuit being fluidically separated during the thermal coupling. The coupling device of the motor vehicle forms the vehicle-side part of the coupling device according to a system as disclosed herein.
Ein weiterer allgemeiner Aspekt der Erfindung sieht eine Ladestation für ein erfindungsgemäßes System wie hierin offenbart vor. Die Ladestation umfasst einen Fluidkreislauf, aufweisend die Merkmale eines ladestationsseitigen Fluidkreislaufs gemäß einem System wie hierin offenbart. Die Ladestation umfasst ferner eine Kopplungseinrichtung, die ausgebildet ist, während des Ladevorgangs den ladestationsseitigen Fluidkreislauf mit einem fahrzeugseitigen Fluidkreislauf thermisch zu koppeln, wobei der fahrzeugseitige Fluidkreislauf und der ladestationsseitige Fluidkreislauf bei der thermischen Kopplung fluidisch getrennt sind. Die Kopplungseinrichtung bildet vorzugsweise den ladestationsseitigen Teil der Kopplungsvorrichtung gemäß einem System wie hierin offenbart aus.Another general aspect of the invention provides a charging station for a system according to the invention as disclosed herein. The charging station comprises a fluid circuit having the features of a charging station-side fluid circuit according to a system as disclosed herein. Drawer station further comprises a coupling device which is designed to thermally couple the charging station-side fluid circuit with a vehicle-side fluid circuit during the charging process, the vehicle-side fluid circuit and the charging station-side fluid circuit being fluidically separated during the thermal coupling. The coupling device preferably forms the part of the coupling device on the charging station side according to a system as disclosed herein.
Ein weiterer allgemeiner Aspekt der Erfindung sieht ein Verfahren zur Temperierung eines elektrischen Batteriesystems, vorzugsweise eines Traktionsbatteriesystems, und/oder einer Leistungselektronik eines elektromotorisch antreibbaren Kraftfahrzeugs während eines Ladevorgangs des Batteriesystems mittels einer Ladestation vor.Another general aspect of the invention provides a method for temperature control of an electrical battery system, preferably a traction battery system, and / or power electronics of a motor vehicle driven by an electric motor during a charging process of the battery system by means of a charging station.
Das Verfahren weist eine Bereitstellung einer Kopplungsvorrichtung auf, die ausgebildet ist, während des Ladevorgangs des Batteriesystems einen fahrzeugseitigen Fluidkreislauf und einen ladestationsseitigen Fluidkreislauf thermisch zu koppeln, wobei der fahrzeugseitige Fluidkreislauf und der ladestationsseitige Fluidkreislauf bei der thermischen Kopplung fluidisch getrennt sind. Das Verfahren weist ferner ein elektrisches Verbinden der Ladestation und des Kraftfahrzeugs über eine Ladeschnittstelle auf. In einem weiteren Schritt weist das Verfahren ferner ein Herstellen einer thermischen Kopplung des fahrzeugseitigen Fluidkreislaufs des Kraftfahrzeugs und des ladestationsseitigen Fluidkreislaufs der Ladestation während des Ladevorgangs des Batteriesystems mittels der Kopplungsvorrichtung auf.The method includes providing a coupling device which is designed to thermally couple a vehicle-side fluid circuit and a charging station-side fluid circuit during the charging process of the battery system, the vehicle-side fluid circuit and the charging station-side fluid circuit being fluidically separated during the thermal coupling. The method also includes an electrical connection of the charging station and the motor vehicle via a charging interface. In a further step, the method also includes establishing a thermal coupling of the vehicle-side fluid circuit of the motor vehicle and the charging station-side fluid circuit of the charging station during the charging process of the battery system by means of the coupling device.
Zur Vermeidung von Wiederholungen sollen rein systemgemäß offenbarte Merkmale auch als verfahrensgemäß offenbart gelten und beanspruchbar sein. Die vorgenannten Aspekte und erfindungsgemäßen Merkmale, insbesondere im Hinblick auf die Ausbildung der Kühlkreisläufe und der Kopplungsvorrichtung gelten somit auch für das Verfahren.To avoid repetition, features disclosed purely in accordance with the system should also apply and be claimable as disclosed in accordance with the method. The aforementioned aspects and features according to the invention, in particular with regard to the design of the cooling circuits and the coupling device, thus also apply to the method.
Die zuvor beschriebenen Ausführungsformen, Varianten und Merkmale der Erfindung sind beliebig miteinander kombinierbar. Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden im Folgenden unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
-
1 eine schematische Darstellung eines Systems gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung; -
2 eine schematische Darstellung eines Systems gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung; -
3 eine schematische Darstellung eines Systems gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung; -
4 eine schematische Darstellung eines Systems gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung; -
5 eine schematische Außensicht eines Kraftfahrzeugs und einer Ladestation gemäß einer Ausführungsform der Erfindung; und -
6 ein Verfahren gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
-
1 a schematic representation of a system according to a first embodiment of the invention; -
2 a schematic representation of a system according to a second embodiment of the invention; -
3 a schematic representation of a system according to a third embodiment of the invention; -
4th a schematic representation of a system according to a fourth embodiment of the invention; -
5 a schematic external view of a motor vehicle and a charging station according to an embodiment of the invention; and -
6th a method according to an embodiment of the invention.
Gleiche oder funktional äquivalente Elemente sind in allen Figuren mit denselben Bezugszeichen bezeichnet und sind zum Teil nicht gesondert beschrieben. So bezeichnet beispielsweise das Bezugszeichen 22 in allen Ausführungsformen der
Das System 100 umfasst zwei Fluidkreisläufe: einen fahrzeugseitigen Fluidkreislauf 22 für ein elektromotorisch angetriebenes Kraftfahrzeug 20 zur Temperierung eines Batteriesystems 21 und/oder einer Leistungselektronik 21, und einen ladestationsseitigen Fluidkreislauf 12 für eine Ladestation 10. Das Kraftfahrzeug und die Ladestation sind hier lediglich stark schematisiert durch die Strichpunktlinien 20 und 10 dargestellt.The
Der fahrzeugseitige Fluidkreislauf 22 ist Bestandteil des Kraftfahrzeugs 20 und in dieses integriert. Analog ist der ladestationsseitige Fluidkreislauf 12 Bestandteil der Ladestation 10 oder der Ladestation 10 zugeordnet. Das Kraftfahrzeug 20 und die Ladestation 10 können vom erfindungsgemäßen System 100 umfasst sein. Die Ladestation kann ferner eine Ladesäule 11, die die elektrische Energie zum Aufladen des Batteriesystems bereitstellt, umfassen. Die Ladesäule 11 kann in an sich bekannter Weise zur Ausbildung einer Ladeschnittstelle 16 einen Ladeanschluss für ein Ladekabel und/oder ein Ladekabel aufweisen, dessen freies Ende mittels eines Kontaktelements am Ladeanschluss des Elektrofahrzeugs anschließbar ist, und ferner eine elektronische Ladesteuerung zur Steuerung des Ladeprozesses nach Anschluss eines Elektrofahrzeugs an der Ladestation aufweisen.The vehicle-
Das System 100 umfasst ferner eine Kopplungsvorrichtung, die ausgebildet ist, während des Ladevorgangs des Batteriesystems 21 den fahrzeugseitigen Fluidkreislauf 22 und den ladestationsseitigen Fluidkreislauf 12 thermisch zu koppeln, wobei der fahrzeugseitige Fluidkreislauf 22 und der ladestationsseitige Fluidkreislauf 12 bei der thermischen Kopplung fluidisch getrennt sind.The
Die Kopplungsvorrichtung des Systems 100 umfasst in der gezeigten Ausführungsform zwei Wärmeleitkörper: einen fahrzeugseitigen Wärmeleitkörper 23, der in den fahrzeugseitigen Fluidkreislauf 22 eingebunden ist oder mit diesem in thermischen Kontakt steht, und einen ladestationsseitigen Wärmeleitkörper 13, der in den ladestationsseitigen Fluidkreislauf 12 eingebunden ist oder mit diesem in thermischen Kontakt steht. Zur Herstellung der thermischen Kopplung ist die Kopplungsvorrichtung ausgebildet, beim Ladevorgang den fahrzeugseitigen Wärmeleitkörper 23 mit dem ladestationsseitigen Wärmeleitkörper 13 in Kontakt zu bringen. Hierzu ist zumindest einer der Wärmeleitkörper 13, 23 derart am Kraftfahrzeug 20 oder der Ladestation 10 verfahrbar angeordnet, dass der Wärmeleitkörper 13, 23 beim Ladevorgang in eine Kontaktstellung bringbar ist, in der der Wärmeleitkörper 13, 23 die thermische Kopplung des fahrzeugseitigen Fluidkreislaufs 22 und ladestationsseitigen Fluidkreislaufs 12 herstellt.In the embodiment shown, the coupling device of the
Die thermische Kopplung des fahrzeugseitigen Fluidkreislaufs und des ladestationsseitigen Fluidkreislaufs kann durch einen thermischen Kontakt einer Seitenfläche 23A des fahrzeugseitigen Wärmeleitkörpers 23 und einer Seitenfläche 13A des ladestationsseitigen Wärmeleitkörpers 23 hergestellt sein.The thermal coupling of the vehicle-side fluid circuit and the charging station-side fluid circuit can be established by thermal contact of a
Der ladestationsseitige Fluidkreislauf 12 weist ferner einen Wärmespeicher 14 und/oder einen Energiewandler 14 auf. Der ladestationsseitige Fluidkreislauf 12 kann ferner eine Fluidpumpe 15 aufweisen.The
Der fahrzeugseitige Fluidkreislauf 22 weist ferner einen Fahrzeugkühler 24 und eine erste Fluidpumpe 25 auf. Der Fahrzeugkühler 24 kann einen elektrischen Lüfter 24A umfassen, der dazu dient, den Fahrzeugkühler 24 mit einer ausreichenden Kühlluftströmung zu versorgen. Der Lüfter kann in an sich bekannter Weise von einer fahrzeugseitigen Steuerungseinrichtung gesteuert werden, d.h. je nach Betriebszustand des Kraftfahrzeugs an- und ausgeschaltet werden.The vehicle-
Das System 100 weist ferner die Ladeschnittstelle 16 zum elektrischen Verbinden der Ladestation 10 mit dem Kraftfahrzeug 20 beim Laden des Batteriesystems 21 auf. In die Ladeschnittstelle 16 kann eine Kommunikationsschnittstelle 17 integriert sein, die beispielsweise als On-Board-Diagnose, OBD, -Schnittstelle ausgebildet ist. Die Kommunikationsschnittstelle dient zum Datenaustausch zwischen Ladestation 10 und Kraftfahrzeug 20. Ferner kann das System 100, insbesondere die Ladestation 10, ausgebildet sein, während des Ladevorgangs ein Ansteuersignal zur Ansteuerung des Fahrzeugkühlers 24 über die Kommunikationsschnittstelle 17 an das Kraftfahrzeug 20 zu senden. Beispielsweise kann nach einer vorbestimmten Zeit nach Beginn des Ladevorgangs ein Ansteuersignal gesendet werden, um den Fahrzeugkühler 24 zu aktivieren. Alternativ oder zusätzlich kann auch die Ladestation 10 ausgebildet sein, während des Ladevorgangs ein Ansteuersignal zur Ansteuerung des Lüfters 24A über die Kommunikationsschnittstelle 17 an das Kraftfahrzeug 20 zu senden.The
Das in
Das System 200 ist ausgebildet, die Bypass-Leitung 26 mittels der Ventileinrichtung 27 während des Ladevorgangs des Batteriesystems 21 zu öffnen und die Teilleitung zu schließen. Hierzu weist das Kraftfahrzeug vorzugsweise eine Steuereinrichtung (nicht dargestellt) auf, die entsprechend zweckmäßig ausgebildet ist, die Ventileinrichtung 27 während des Ladevorgangs anzusteuern.The
Das in
In diesem System 400 umfasst der fahrzeugseitige Fluidkreislauf zwei fluidisch getrennte Teilkreisläufe, einen ersten Teilkreislauf 22A und einen zweiten Teilkreislauf 22B.In this
Der Fahrzeugkühler 24 und die erste Fluidpumpe 25 sind in dem ersten Teilkreislauf 22A angeordnet. Die zweite Fluidpumpe 28, die für einen höheren Volumenstrom als die erste Fluidpumpe 25 ausgebildet ist, ist in dem zweiten Teilkreislauf 22B angeordnet. Nur der zweite Teilkreislauf 22B ist direkt thermisch mit der Kopplungsvorrichtung gekoppelt und/oder koppelbar.The
Das Kraftfahrzeug 20 und die Ladestation 10 sind über die Ladeschnittstelle 16 miteinander verbunden. In der Ladeschnittstelle 16 kann eine Kommunikationsschnittstelle 17 integriert sein.The
Das Kraftfahrzeug 20 umfasst eine Kopplungseinrichtung, die den fahrzeugseitigen Teil der Kopplungsvorrichtung ausbildet. Der fahrzeugseitige Teil der Kopplungsvorrichtung umfasst den fahrzeugseitigen Wärmeleitkörper 23, der an einer unteren Außenseite des Kraftfahrzeugs 20 angeordnet ist.The
Die Ladestation 10 umfasst eine Kopplungseinrichtung, die den ladestationsseitigen Teil der Kopplungsvorrichtung ausbildet. Der ladestationsseitige Teil der Kopplungsvorrichtung umfasst den ladestationsseitigen Wärmeleitkörper 13, der mittels einer Hubvorrichtung 18 zum fahrzeugseitigen Wärmeleitkörper 23 hin verfahrbar angeordnet ist. Beispielsweise kann der ladestationsseitige Wärmeleitkörper 13 in einer Bodenöffnung der Ladestation 10 angeordnet und senkrecht nach oben verfahrbar sein, um den ladestationsseitigen Wärmeleitkörper 13 in eine Kontaktstellung mit dem fahrzeugseitigen Wärmeleitkörper 23 zu bringen und so die thermische Kopplung herzustellen.The charging
Der fahrzeugseitige Wärmeleitkörper 23 und der ladestationsseitige Wärmeleitkörper 13 können plattenförmig ausgeführt sein und/oder eine Kontaktplatte aufweisen.The vehicle-side
Ein beispielhafter Ablauf eines Verfahrens 600 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird anhand von
In Schritt S1 sieht das Verfahren 600 eine Bereitstellung der Kopplungsvorrichtung vor, die ausgebildet ist, während des Ladevorgangs des Batteriesystems 21 den fahrzeugseitigen Fluidkreislauf 22 und den ladestationsseitigen Fluidkreislauf 12 thermisch zu koppeln, wobei der fahrzeugseitige Fluidkreislauf 22 und der ladestationsseitige Fluidkreislauf 12 bei der thermischen Kopplung fluidisch getrennt sind.In step S1, the method 600 provides for the provision of the coupling device, which is designed to thermally couple the vehicle-
Dazu wird das Kraftfahrzeug 20 zunächst in einer vorbestimmten Ladeparkposition relativ zur Ladestation 10 geparkt, sodass eine sichere thermische Kontaktierung zwischen dem fahrzeugseitigen Wärmeleitkörper 23 und dem ladestationsseitigen Wärmeleitkörper 13 herstellbar ist. Beispielsweise kann die Ladestation eine Markierung aufweisen, welche die Ladeparkposition anzeigt.For this purpose, the
In dieser Ladeparkposition befindet sich der fahrzeugseitige Wärmeleitkörper 23 oberhalb der Bodenöffnung der Ladestation 10, in welcher der ladestationsseitige Wärmeleitkörper 13 angeordnet ist.In this charging park position, the vehicle-side
In Schritt S2 erfolgt ein elektrisches Verbinden der Ladestation 10 und des Kraftfahrzeugs 20 über die Ladeschnittstelle 16.In step S2, the charging
Im dritten Schritt S3 erfolgt ein Herstellen der thermischen Kopplung des fahrzeugseitigen Fluidkreislaufs 22 des Kraftfahrzeugs 20 und des ladestationsseitigen Fluidkreislaufs 12 der Ladestation 10 während des Ladevorgangs des Batteriesystems 21.In the third step S3, the thermal coupling of the vehicle-
Dazu sendet das System 100 ein Ansteuersignal an die Hubvorrichtung 18, um den ladestationsseitigen Wärmeleitkörper 13 senkrecht nach oben zu verfahren, bis der ladestationsseitige Wärmeleitkörper 13 in eine Kontaktstellung mit dem fahrzeugseitigen Wärmeleitkörper 23 gebracht ist. Das Senden des Ansteuersignals kann beispielsweise dann ausgelöst werden, wenn das elektrische Verbinden gemäß Schritt S2 erfolgt ist oder wenn das System 100 mittels einer geeigneten Sensorik erkennt, dass sich das Kraftfahrzeug 20 in der vorbestimmten Ladeposition befindet.To this end, the
Nachdem die Ladestation 10 und das Kraftfahrzeug 20 elektrisch verbunden sind und die thermische Kopplung hergestellt ist, wird der Ladevorgang durch das System 100 gestartet. Gleichzeitig oder nach einer vorgegebenen Ladedauer werden die Fluidpumpe 25 im fahrzeugseitigen Fluidkreislauf 22 und die Fluidpumpe 15 im ladestationsseitigen Fluidkreislauf 12 durch das System 100, z. B. durch eine fahrzeugseitige Steuereinrichtung zur Steuerung des Fluidkreislaufs 22 aktiviert und damit die aktive Kühlung des Batteriesystems 21 gestartet.After the charging
Das zirkulierende Temperierfluid des fahrzeugseitigen Fluidkreislaufs 22 nimmt nun die entstehenden Wärmemengen des Batteriesystems 21 stetig auf und überträgt diese Wärmemengen in erster Linie auf den fahrzeugseitigen Wärmeleitkörper 23. Sofern eine erhöhte Kühlleistung erforderlich ist, kann das Temperierfluid zusätzlich durch den Fahrzeugkühler 24, der durch ein Ansteuersignal des Systems 100 aktiviert werden kann, gekühlt werden.The circulating temperature control fluid of the vehicle-
Über die thermische Kopplung werden die Wärmemengen vom fahrzeugseitigen Wärmeleitkörper 23 an den ladestationsseitigen Wärmeleitkörper 13 übertragen, wobei sich der ladestationsseitigen Wärmeleitkörper 13 erwärmt. Das zirkulierende Temperierfluid des ladestationsseitigen Fluidkreislaufs 12 kühlt seinerseits den ladestationsseitigen Wärmeleitkörper 13, indem es die übertragenen Wärmemengen aufnimmt und wieder an den Speicher und/oder Energiewandler 14 abgibt. Der ladestationsseitige Fluidkreislauf 12 ist dabei so ausgelegt, dass dieser stets eine ausreichende Kühlung des ladestationsseitigen Wärmeleitkörpers 13 gewährleistet, so dass die Wärmeübertragung zwischen dem fahrzeugseitigen Wärmeleitkörper 23 und dem ladestationsseitigen Wärmeleitkörper 13 per Wärmeleitung erfolgen kann.Via the thermal coupling, the amounts of heat are transferred from the vehicle-side heat-conducting
Mittels des Speichers und/oder Energiewandlers 14 können die Wärmemengen Vorort gelassen und nachhaltig weitergenutzt werden. Der Speicher 14 kann ausgebildet sein, die Wärmemengen zu speichern und z.B. an mit dem Speicher 14 verbindbare Vorrichtungen außerhalb des Systems 100 zu übertragen. Beispielsweise können die gespeicherten Wärmemengen zum Heizen von benachbarten Gebäuden verwendet werden. Der Energiewandler 14 kann z.B. ein thermoelektrischer Generator sein, der die Wärmemengen in elektrische Energie umwandelt. Diese elektrische Energie kann gespeichert und z.B. für den Betrieb der Ladestation 10 und/oder des Systems 100 verwendet werden.By means of the storage unit and / or energy converter 14, the amounts of heat can be left on site and further used in a sustainable manner. The memory 14 can be designed to store the amounts of heat and, for example, to transfer them to devices outside of the
Nach Beendigung des Ladevorgangs sendet das System 100 Ansteuersignale an die beiden Fluidpumpen 15 und 25, um diese zu deaktivieren. Zudem wird die thermische Kopplung wieder gelöst, indem das System 100 ein Ansteuersignal an die Hubvorrichtung 18 sendet, um den ladestationsseitigen Wärmeleitkörper 13 wieder in seine Ausgangsposition innerhalb der Bodenöffnung der Ladestation 10 zu verfahren.After the charging process has ended, the
Die Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen beschränkt. Vielmehr ist eine Vielzahl von Varianten und Abwandlungen möglich, die ebenfalls von dem Erfindungsgedanken Gebrauch machen und deshalb in den Schutzbereich fallen. Insbesondere beansprucht die Erfindung auch Schutz für den Gegenstand und die Merkmale der Unteransprüche unabhängig von den in Bezug genommenen Ansprüchen. Insbesondere sind die einzelnen Merkmale des unabhängigen Anspruchs 1 jeweils unabhängig voneinander offenbart. Zusätzlich sind auch die Merkmale der Unteransprüche unabhängig von sämtlichen Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1 offenbart.The invention is not restricted to the preferred embodiments described above. Rather, a large number of variants and modifications are possible which also make use of the inventive concept and therefore fall within the scope of protection. In particular, the invention also claims protection for the subject matter and the features of the subclaims independently of the claims referred to. In particular, the individual features of independent claim 1 are disclosed independently of one another. In addition, the features of the subclaims are also disclosed independently of all the features of independent claim 1.
BezugszeichenlisteList of reference symbols
- 1010
- LadestationCharging station
- 1111th
- LadesäuleCharging station
- 1212th
- ladestationsseitiger FluidkreislaufFluid circuit on the charging station side
- 1313th
- ladestationsseitiger WärmeleitkörperThermal conductor on the charging station side
- 13A13A
- Seitenfläche des ladestationsseitigen WärmeleitkörpersSide surface of the heat conducting body on the charging station side
- 1414th
- Wärmespeicher und/oder einen EnergiewandlerHeat storage and / or an energy converter
- 1515th
- Fluidpumpe (im ladestationsseitigen Fluidkreislauf)Fluid pump (in the fluid circuit on the charging station side)
- 1616
- LadeschnittstelleCharging interface
- 1717th
- KommunikationsschnittstelleCommunication interface
- 1818th
- HubvorrichtungLifting device
- 2020th
- elektromotorisch angetriebenes Kraftfahrzeugmotor vehicle driven by an electric motor
- 2121
- elektrisches Batteriesystem und/oder Leistungselektronikelectrical battery system and / or power electronics
- 2222nd
- fahrzeugseitiger Fluidkreislaufvehicle-side fluid circuit
- 22A22A
- erster Teilkreislauffirst partial cycle
- 22B22B
- zweiter Teilkreislaufsecond partial cycle
- 2323
- fahrzeugseitiger Wärmeleitkörpervehicle-side thermal conductor
- 23A23A
- Seitenfläche des fahrzeugseitigen WärmeleitkörpersSide surface of the vehicle-side heat conducting body
- 2424
- FahrzeugkühlerVehicle radiator
- 24A24A
- elektrischer Lüfterelectric fan
- 2525th
- erste Fluidpumpe (im fahrzeugseitigen Fluidkreislauf)first fluid pump (in the vehicle's fluid circuit)
- 2626th
- Bypass-LeitungBypass line
- 2727
- VentileinrichtungValve device
- 2828
- zweite Fluidpumpe (im fahrzeugseitigen Fluidkreislauf)second fluid pump (in the vehicle's fluid circuit)
- 100, 200, 300, 400100, 200, 300, 400
- Systemsystem
- 500500
- Verfahrenproceedings
- S1, S2, S3S1, S2, S3
- VerfahrensschrittProcess step
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited
- DE 112012003099 T5 [0006]DE 112012003099 T5 [0006]
- DE 4408961 C1 [0007]DE 4408961 C1 [0007]
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