DE102021100852A1

DE102021100852A1 - Kühlsystem

Info

Publication number: DE102021100852A1
Application number: DE102021100852.2A
Authority: DE
Inventors: Harald Weiss
Original assignee: Lisa Draexlmaier GmbH
Current assignee: Lisa Draexlmaier GmbH
Priority date: 2021-01-18
Filing date: 2021-01-18
Publication date: 2022-07-21

Abstract

Die Offenbarung umfasst ein Kühlsystem (1) in einem Fahrzeug (100) mit einer in dem Fahrzeug integrierbaren Batterie (10) zur Kühlung von mindestens einer fahrzeuginternen Komponente (20) in einem Fahrzeug, wobei die Batterie (10) ausgebildet ist, über eine fahrzeuginterne Leitung (110) mindestens einen fahrzeuginternen Verbraucher (120) zu versorgen, wobei das Kühlsystem (1) eine Kühlvorrichtung (12) aufweist mit einer ersten Kühlleitung (13) und einer zweiten Kühlleitung (14), wobei die Kühlvorrichtung (12) über die erste Kühlleitung (13) mit der Batterie (10) fluidisch und/oder elektrisch verbindbar ist, ein Ladestecksystem (20), welches über die zweite Kühlleitung (14) mit der Kühlvorrichtung (12) fluidisch und/oder elektrisch verbindbar ist, eine Steuervorrichtung (30) mit einer ersten Datenleitung (32) und einer zweiten Datenleitung (33), eine Steuervorrichtung (30) mit einer ersten Datenleitung (32), einer zweiten Datenleitung (33) und einer dritten Datenleitung (34), wobei die Steuervorrichtung (30) über die erste Datenleitung (32) mit dem Ladestecksystem (20) verbindbar ist, und wobei die Steuervorrichtung (30) ferner ausgebildet ist, über die dritte Datenleitung (34) die Kühlvorrichtung (12) anzusteuern

Description

Die vorliegende Offenbarung betrifft ein Kühlsystem in einem Fahrzeug zur Kühlung von Komponenten in dem Fahrzeug. Insbesondere betrifft die Offenbarung eine Kühlung eines Leitungssatzes, welches als ein Hochvolt-Leitungssatz ausgebildet sein kann, und sowie die Kühlung eines Steck- oder Kontaktsystems sowie Komponenten in einem Fahrzeugbordnetz des Fahrzeugs.
Stand der Technik
Elektrofahrzeuge werden nach heutigen Stand der Technik unter anderen über sogenannte Schnellladestationen (HPC) mit ca. 350kW aufgeladen. Um die bei dem Ladevorgang entstehende Wärme abzuführen, werden auf Seite der Ladestation die Ladeleitungen und der Ladestecker mit einem entsprechenden Kühlmittel gekühlt. In Zukunft ist es jedoch vorgesehen, Ladestationen für Elektrofahrzeuge vorzusehen, welche mit einer Ladeleistung von mehr als 250kW bis 600kW und möglicherweise darüber hinaus von 900kW ausgestattet sind. Auch in diesen Fällen muss die entstehende Wärme während des Ladevorganges für die Steck- und Kontaktsysteme innerhalb des Fahrzeugbordnetzes eines zu ladenden Fahrzeuges abgeführt werden, um vorgegebene Grenztemperaturen für die beteiligten Komponenten, wie etwa der Ladedose sowie der Steck- und Kontaktsysteme, die insbesondere für den Hochvolt-Bereich dimensioniert sein können, im Fahrzeug beim Ladevorgang nicht zu überschreiten.
Bislang erfolgt das Abführen dieser entstehenden Wärme während des Ladevorganges des Fahrzeuges ausschließlich über eine passive Kühlung oder in erster Linie über erhöhte Kabelquerschnitte sowie über eine Steckerskalierung nach Leistungsklassen auf Basis gängiger Normenwerke, wie bspw. LV-214/-215/-216. Die Wärmeabfuhr über passive Kühlung führt deshalb zu einem erhöhten Kupfer- oder Aluminiumanteil bzw. zu einem erhöhten Masseanteil des Leitungsmaterials in den verwendeten Ladeleitungen, die als Hochvolt-Leitungen ausgebildet sein können, und damit zu einer Überdimensionierung der im Fahrzeug verwendeten Stecksysteme, die ebenso für den Hochvoltbereich ausgelegt sein können. Dies wiederum lässt die Kosten, das Gewicht und den Bauraumbedarf pro Fahrzeug ansteigen.
Weiterhin stoßen die Automobilhersteller bereits heute ab einem Kabelquerschnitt von 95mm² Kupfer-Rundleiter an die Grenzen der Verlegbarkeit im Fahrzeug bei derartig schweren Hochvolt-Leitungssätzen, massebedingt und aufgrund der erhöhten Steifigkeit und folglich langer Biegeradien der HV-Leitungen. Aufgrund der angesprochenen Limitierungen übertragbarer Ladeleistungen in das Fahrzeug sind Stand der Technik lediglich durchschnittliche Dauerleistungen von ca. 230kW bei 800V Ladetechnik in das Fahrzeug umsetzbar, was zu langen Ladezeiten an den öffentlichen Schnellladestationen von i. d. R. größer als 20 Minuten führt innerhalb eines üblichen SOC-Levels der Batterie zwischen 20-80%. Die Kühlwirkung bei Verwendung der passiven Kühlung ist dabei jedoch limitiert.
Ferner ist die Lebensdauer und die Leistungsfähigkeit der im Fahrzeug befindlichen Stecksysteme, wie Ladedose, Stecksysteme aber auch des außerhalb des Fahrzeug befindlichen Ladesteckers einschließlich Ladekabel und Peripherie begrenzt. Aufgrund der Ausreizung kontaktphysikalischer Gesetzmäßigkeiten bei den Stecksystemen - zum Beispiel bei gegebenem Querschnitt von 95mm² einer Kupfer-Rundleitung - und zunehmenden Dauerleistungen beim Ladevorgang werden die Materialien der Stecksysteme immer höher belastet, was letztlich zu einer Reduzierung der Lebensdauer der Kontakt- und Stecksysteme innerhalb des Fahrzeugs führt.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Offenbarung, ein effizienteres Kühlsystem in einem Fahrzeug zur Kühlung einer fahrzeuginternen Komponente, die insbesondere ein Leitungssatz sein kann, der für Hochvolt-Anwendungen ausgelegt sein kann, innerhalb des Fahrzeugs bereitzustellen, mit einer Batterie, welche in dem Fahrzeug integrierbar ist und die ferner ausgebildet ist, über eine fahrzeuginterne Leitung einen fahrzeuginternen Verbraucher zu versorgen. Die fahrzeuginterne Leitung im Sinne der vorliegenden Erfindung kann dabei je nach Anwendung eine Kühlleitung darstellen und / oder eine Datenleitung oder eine Leitung, welche eine Kühlleitung und eine Datenleitung kombinieren.
Der zu kühlende fahrzeuginterne Leitungssatz umfasst dabei alle Hochvolt-Stecksysteme des Fahrzeugbordnetzes, insbesondere eines Hochvolt (HV) - Fahrzeugbordnetzes, zur Energieversorgung an Verbraucher- oder Speichersystemen, das heißt zum Beispiel Stecksysteme des Ladeleitungssatzes, wie etwa der Ladedose und ein Stecksystem zur Kontaktierung mit der Batterie, welche eine Hochvoltbatterie (HV-Batterie) sein kann, und eines Traktionsleitungssatzes - zum Beispiel eine Verbindung von Batterie zum Wechselrichter des E-Motors, Verbindung von Traktionsnetzverteiler oder Hochvolt-Box zum Wechselrichter des E-Motors, und weitere mögliche Bordnetz-Architekturen für die Energieversorgung zwischen Speicher oder Verteiler und Verbraucher.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche, der Beschreibung sowie der beiliegenden Figuren.
Die vorliegende Offenbarung basiert auf der Erkenntnis, dass die obige Aufgabe durch ein Kühlsystem gelöst werden kann, welches durch Anbindung des Ladesteckverbindungsystems eines Fahrzeugs an das bestehende Kühlsystem der Batterie des Fahrzeugs eine aktive Kühlung des Ladestecksystems und seiner Komponenten vorsieht.
Das Ladestecksystem (LSSV) kann dabei aus Ladedose, Leiter und batterieseitigem Hochvolt-Stecksystem bestehen. Darüber hinaus kann der batterieseitige Kühlkreislauf im Fahrzeug erweitert werden durch eine Anbindung eines Traktionsstecksystems (TSSV), bestehend aus Leiter sowie Hochvolt-Stecksystemen üblicherweise zur Kontaktierung zwischen Hochvolt-Speicher und Elektromotor-Einheit einschließlich Wechselrichter bestehen.
Der batterieseitige Kühlkreislauf, der primär die Kühlung der Batterie vorsieht, wird also um die Komponenten des Ladestecksystems und / oder des Traktionssystemsystems erweitert, bildet jedoch dennoch einen geschlossenen ersten Kühlkreislauf innerhalb des Fahrzeugs. Zugleich wird ein gesteuertes Thermomanagement bereitgestellt, um den bestehenden Kühlkreislauf, mit dem das Ladestecksystem und/oder das Traktionsstecksystem des Fahrzeugs verbunden ist, optimal zu steuern.
Auf diese Weise lassen sich die Kosten und der Bauraum für die Stecksysteme LSSV und TSSV im jeweiligen gekühlten und gleichzeitig stromdurchflossenen Leitungssatz einschließlich der stromdurchflossenen Leitungen - zum Beispiel DC+/DC-Leitungen - im Fahrzeug reduzieren und die Einsatzflexibilität von stromtragenden Leitungen und HV-Leitungssätzen im Fahrzeugbordnetz, aber auch anderer fahrzeuginterner Komponenten vergrößern, da der Querschnitt der stromführenden Leitungen trotz höherer Ladeleistung reduziert werden kann.
Ein weiter vorteilhafter Aspekt der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass durch die direkte Kühlanbindung an die Hochvolt-Stecksysteme und die Ladedose die direkte Fluid-Kühlung der stromführenden Kontakte im Steckergehäuse der Hochvolt-Stecksysteme und der Ladedose kompaktere Stecksysteme entwickeln lassen sowie günstigere, alternative Werkstoffe für die stromführenden Kontakte im Stecker mit zum Beispiel einer niedrigeren Leitfähigkeit als Reinkupfer verwenden lassen, wie etwa Messinglegierungen oder bestimmte, weniger leitfähigere Kupferlegierungen. Auch lassen sich weniger wärmeleitfähige oder weniger hitzebeständigere Kunststoffe verwenden. Eine weiterer Vorteil besteht ferner darin, dass über alternative Kontaktwerkstoffe die mechanischen Eigenschaften und die Verarbeitbarkeit von Kontaktsystemen im Stecksystem verbessert wird und damit die Lebensdauer und mechanische Performance der Hochvolt-Stecksysteme oder der Ladedose erhöht und optimiert werden kann.
Ein weiterer vorteilhafter Aspekt der vorliegenden Erfindung besteht ferner darin, dass der Fahrer des Fahrzeugs sein Ladeverhalten flexibel anpassen und im Fahrzeug oder via App steuern kann. Durch diese interaktive Einflussnahme des Fahrers können Ladeparameter wie etwa Ladegeschwindigkeit, d. h. in das Fahrzeug übertragbare Ladeleistungen in Verbindung mit der Auswahl geeigneter Ladestationen wie etwa HPC - Schnelladestationen mit Option eines Fluid-Austauschs, die Ladedauer und Beanspruchung der Komponenten (wie etwa der Hochvolt-Batterie) auf vorteilhafte Weise beeinflussen.
Ein weiterer vorteilhafter Aspekt der vorliegenden Erfindung besteht ferner darin, dass Komponenten der Hochvolt-Batterie, wie Hochvolt-Verteilersysteme schlanker und kosteneffektiver konstruiert und gefertigt werden können. Die erhöhte Leistungssteigerung bei gleichzeitiger Schonung der HV-Komponenten durch aktive Kühlung kann während des Ladebetriebs (Lademodus) an Schnellladestationen oder während des Fahrbetriebs (Fahrmodus) abgerufen bzw. beansprucht werden. Aufgrund der immer höheren Leistungen der Verbraucher wie E-Motor - im Fahrzeugbereich teilweise größer 300 kW auf einer Achse sowie weiterhin weitaus größere Verbraucherleistungen von größer 500 kW im Commercial Vehicles-Bereich oder anderen eMobility Bereichen wie elektrifizierte Schiffe, Züge, Flugzeuge und Weitere - ist ein aktive Kühlung im System TSSV während des Fahrbetriebs von absoluter Bedeutung.
Mit der vorliegenden Erfindung werden somit in vorteilhafter Weise schlanke Hochvolt-Bordnetzstrukturen geschaffen mit einer Steigerung der Leistung, gleichzeitigen Reduzierung von Bauraum und Masse und somit auch der ökologische Aspekt der Nachhaltigkeit in Folge einer deutlichen CO² Reduzierung realisiert, wodurch Hersteller von elektrifizierten Vehikeln (darunter elektrifizierte PKW, LKW, Schiffe, Flugzeuge, Züge und weitere Ausprägungen) deutlich die CO² Flottenverbräuche senken können.
Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht auch in der Vermeidung von Wärmestaus oder HOT-Spots in den Systemen LSSV & TSSV. Beispielhaft ausgedrückt kann im Lademodus durch optimal einstellbare Leistungsübertragung zwischen Ladestation und Fahrzeugbatterie zur Vermeidung eines ein Wärmestau lokale Hotspots zwischen Ladedose, Leiter und Hochvolt-Stecksystem zur Kontaktierung auf Hochvolt-Box bzw. Batterie vermieden werden, was zu einer höheren Lebensdauer der Hochvolt-Komponenten insgesamt beiträgt (gleiches gilt im Fahrmodus im System TSSV). Als ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Kühlsystems ist zu nennen, dass die Ladegeschwindigkeit von Elektrofahrzeugen erhöht und damit die Ladezeit gesenkt werden kann.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft die Offenbarung ein Kühlsystem in einem Fahrzeug mit einer in dem Fahrzeug integrierbaren Batterie zur Kühlung von mindestens einer fahrzeuginternen Komponente in einem Fahrzeug, wobei die Batterie ausgebildet ist, über eine fahrzeuginterne Leitung mindestens einen fahrzeuginternen Verbraucher zu versorgen. Ein fahrzeuginterner Verbraucher kann zum Beispiel ein Motor, ein Monitor, ein Sensor, eine technische Komponente zur Anbindung von fahrzeuginternen Verbrauchern darstellen.
Das Kühlsystem umfasst eine Kühlvorrichtung mit einer ersten Kühlleitung und einer zweiten Kühlleitung, wobei die Kühlvorrichtung über die erste Kühlleitung mit der Batterie fluidisch und/oder elektrisch verbindbar ist. Ferner umfasst das Kühlsystem ein Ladestecksystem, welche über die zweite Kühlleitung mit der Kühlvorrichtung fluidisch und/oder elektrisch verbindbar ist, und eine Steuervorrichtung mit einer ersten Datenleitung und einer zweiten Datenleitung, wobei die Steuervorrichtung über die erste Datenleitung mit dem Ladestecksystem verbindbar ist, und wobei die Steuervorrichtung ferner ausgebildet ist, über die zweite Datenleitung die Kühlvorrichtung anzusteuern.
Beispielhaft im Sinne der Erfindung kann dabei die Kühlvorrichtung in die Batterie integriert sein, das Kühl-Fluid wird dabei in der Batterie umgewälzt. In einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung sollten dabei mindestens zwei Kühlleitungen als Vor- und Rücklauf zwischen LSSV bzw. TSSV und der Batterie vorhanden sein. Der Begriff von „einer Kühlleitung“ im Sinne der vorliegenden Erfindung kann deshalb auch diese beiden für einen Vor- und Rücklauf zwischen der Batterie und den im erfindungsgemäßen System zu kühlenden Komponenten benötigten Kühlleitungen umfassen. Zur elektrischen Verbindung bzw. der Daten-/Stromübertragung zwischen den Komponenten des erfindungsgemäßen Systems kann eine weitere Leitung vorhanden sein. Diese weitere Leitung - zum Beispiel ein DC-Kabel - kann dabei in einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in ihrem Inneren beim Vor- oder Rücklauf mit dem Fluid durchgespült werden.
In einer Ausführungsform umfasst das Kühlsystem eine Ladestation, welche über eine gekühlte Ladeleitung mit der Steuerung und / oder dem Ladestecksystem (LSSV) fluidisch und/oder elektrisch verbindbar ist. Der Vorteil besteht darin, dass im Lademodus bei einer sog. fluidischen Zuschaltung oder Anbindung eines zweiten ladestationsseitigen Kühlkreislaufs an das erfindungsgemäße Kühlsystem mit seinem ersten batterieseitigen Kühlkreislauf, welcher seinen Ursprung an der Ladestation hat, ein relativ einfacher Austausch des Kühlmediums oder Kühlfluids, zweckmäßigerweise mit einem am Markt standardisierten, elektrisch nichtleitfähigen Fluid, z.B. Öl, welches innerhalb des Kühlsystems des Fahrzeugs zirkuliert, erfolgen kann. Dadurch wird eine homogenere Umwälzung des Fluids im Kühlkreislauf zwischen Ladesäule und Fahrzeug erreicht. In Bezug auf die elektrische Anbindung der gekühlten Ladeleitung mit der Steuerung und/oder dem Ladestecksystem ergibt sich der Vorteil, dass die Steuerung detektierte Sensordaten des Ladestecksystems an die Ladestation übermitteln kann, um so deren Betriebsverhalten optimal auf das zu ladende Fahrzeug bzw. die zu ladende Batterie einzustellen. Dazu weist das Ladestecksystem in einer Ausführungsform mindestens eine Sensorvorrichtung auf, welche ausgebildet ist, über die erste Datenleitung mit der Steuerung zu kommunizieren. Auch das Traktionsstecksystem kann ebenfalls mindestens eine Sensorvorrichtung aufweisen.
In einer Ausführungsform weist die mindestens eine Sensorvorrichtung im Ladestecksystem und / oder im Traktionsstecksystem jeweils mindestens einen Temperatursensor auf, welcher ausgebildet ist, das thermische Verhalten des Ladestecksystems und / oder des Traktionsstecksystems zu detektieren. Der Vorteil besteht darin, dass auf diese Weise zum Beispiel Hotspots beim Schnelladen von Leistungen bis 600kW (500-600A bei ca. 1.000V) im Leitungssatz vermieden werden können. In Verbindung mit der an das Ladestecksystem und / oder dem Traktionsstecksystem angebundenen Steuerung, welche ein sog. Thermomanagementsystem implementiert haben kann, das jedoch auch alternativ oder zusätzlich im Ladestecksystem und / oder im Traktionsstecksystem vorhanden sein kann, können derartige Hotspots durch entsprechende Steuerung und Regelung vermieden und in Verbindung mit einem sog. Regelkreis des batterieseitigen Kühlkreislaufs des Fahrzeugs effizient überwacht und geregelt werden.
In einer Ausführungsform weist das fahrzeuginterne Ladestecksystem eine Ladedose und ein Hochvolt-Stecksystem auf, welche miteinander verbindbar sind, und wobei ferner das Stecksystem mit einer Ladestation verbindbar ist.
In einer Ausführungsform wird das Ladestecksystem, bestehend aus fahrzeuginterner Ladedose und HV-Stecksystem zur Kontaktierung auf die Batterie um eine externe, ladestationsseitige Anbindung bspw. in Form eines Stecker erweitert. Der externe, ladestationsseitige Stecker kann dabei als Ladestecker ausgeführt sein, welcher über ein gekühltes Ladekabel mit der Ladestation und einem externen Kühlkreislauf verbunden ist und dabei der ladestationsseitige Kühlkreislauf über die externe Verbindung mit dem Fahrzeug verbindbar ist.
In einer Ausführungsform sieht die Kühlvorrichtung eine aktive Kühlung vor, welche ausgebildet ist, ein Kühlfluid, welches zwischen der ersten Kühlleitung und der Batterie bzw. von der Batterie zum Ladestecksystem und/oder dem Traktionsstecksystem, transportierbar ist, auch über die zweite Kühlleitung zum Ladestecksystem zu transportieren, wobei ein geschlossener Kühlkreislauf zwischen der Batterie und dem Ladestecksystem und / oder dem Traktionsstecksystem und / oder der Ladestation abbildbar ist, der eine kühltechnische Umwälzung des Kühlfluids vorsieht. Das Kühlfluid wird dann über eine weitere Kühlleitung von dem LSSV und / oder dem TSSV wieder zurück zur Kühlvorrichtung der Batterie befördert. Der geschlossene Kühlkreislauf ist also zwischen HV-Batterie, LSSV und / oder TSSV und / oder Ladestation abbildbar. Der Vorteil besteht darin, dass auf diese Weise ein erster geschlossener Kühlkreislauf innerhalb des zu ladenden Fahrzeuges entsteht, der auf einfache Weise um die Komponenten des Ladestecksystems erweiterbar ist.
In einer beispielhaften und detaillierten Ausführungsform sieht die Kühlvorrichtung also eine aktive Kühlung vor, welche ausgebildet ist, ein Kühlfluid über die erste Kühlleitung von der HV-Batterie an das Ladestecksystem und/oder Traktionsstecksystem zu transportieren, wobei das Kühl-Fluid über die stromführenden Kontakte der Stecksysteme des Ladestecksystems und/oder Traktionsstecksystems durch eine stromführende, aktiv kühlbare Leitung - zum Beispiel bspw. ein DC+/DC- stromdurchflossener, kühlbarer Leiter innerhalb eines Rundkabels oder Flachleiterkabelgeometrie) als kühlbares Leiter-Verbindungsstück zwischen den Stecksystemen im Ladestecksystem - zum Beispiel eine Verbindung zwischen der Ladedose und dem HV-Stecksystem zur Kontaktierung auf die Batterie - und/oder Traktionsstecksystem - zum Beispiel eine Verbindung zwischen ersten HV-Stecksystem (LSSV) zur Kontaktierung auf die Batterie und dem zweiten HV-Stecksystem (TSSV) zur Kontaktierung auf den Wechselrichter der E-Motoreinheit) durchströmt und über eine zweite Kühlleitung - welche an das Ladestecksystem und/oder Traktionsstecksystem sowie der HV-Batterie angebunden ist - zurück zur Kühlvorrichtung der HV-Batterie transportiert werden kann. Der fahrzeuginterne, batterieseitige Kühlkreislauf ist hierbei durch Anbindung an den externen, ladestationsseitigen Kühlkreislauf, etwa über einen Ladestecker an einem Ladekabel der Ladestation in Verbindung mit einem Austausch des Kühl-Fluids zwischen dem batterieseitigen und ladestationsseitigen Kühlreislauf erweiterbar. Der dadurch entstehende geschlossene Kühlkreislauf ist also zwischen HV-Batterie, LSSV und / oder TSSV und / oder Ladestation abbildbar. Der Vorteil besteht darin, dass auf diese Weise ein erster geschlossener Kühlkreislauf innerhalb des zu ladenden Fahrzeuges entsteht, der auf einfache Weise und flexibel um Subsysteme fahrzeugintern sowie fahrzeugextern erweiterbar ist.
Weiterhin kann dieser Kühlkreislauf der HV-Batterie also um den Kühlkreislauf der Ladestation und dessen Fluid-Umwälzung erweitert bzw. miteinander verbunden / geschlossen werden. Der Vorteil besteht darin, dass hierdurch eine kühltechnisch homogenere und effizientere Umwälzung des Kühlfluids zwischen HV-Batterie und Ladestation in Verbindung mit einem Kühlmittelaustausch entsteht und ein gesamtheitlich geschlossener Kühlkreislauf zwischen Ladestation und HV-Batterie erreicht wird, wodurch Wärmeanstauungen und Hot-Spots in den HV-Systemen gänzlich eliminiert werden können.
In einer Ausführungsform ist das Kühlfluid als ein flüssiges und elektrisch nicht-leitfähiges Fluid ausgebildet. Das Fluid kann zum Beispiel ein Öl sein, welches auch für einen batterie- und ladestationsseitigem Fluid-Austausch als standardisiertes Öl-Fluid verwendet werden kann.
In einer weiteren Ausführungsform kann das Kühlfluid in dem geschlossenen ersten Kühlkreislauf des Fahrzeugs zur ausschließlichen Verwendung im Fahrzeug - wenn kein ladestationsseitiger Fluid-Austausch vorgesehen ist auch aufgrund geforderter Hochvoltsicherheitsanforderungen in Verbindung mit möglichen Fehlerfällen aufgrund von auftretbaren Leckagen zum Beispiel in der Leitung - dann ein elektrisch leitfähiges Fluid sein, wie zum Beispiel ein Wasser-Glykol-Gemisch.
In einer Ausführungsform ist die Steuervorrichtung über eine dritte Datenleitung mit der Batterie verbindbar ist, um ein thermisches Betriebsverhalten der Batterie zu steuern. Der Vorteil besteht darin, dass auf effektive Weise zum Beispiel Ladezustände der Batterie, Temperaturverhalten des Ladestecksystems oder detektierte und erhaltene Messwerte des Kühlsystems, welche das Betriebsverhalten der Batterie im Fahrzeug beeinflussen können, von der Steuerung verwendet werden können, zum Beispiel mithilfe eines entsprechenden Algorithmus, um ein optimales Laden der Batterie in unterschiedlichen Benutzersituationen zu ermöglichen.
In einer Ausführungsform ist die Steuervorrichtung über eine dritte Datenleitung mit der Batterie verbindbar ist, um ein thermisches Betriebsverhalten der Batterie zu steuern, die Verbindung, d. h. Datenkommunikation zur HV-Batterie kann jedoch auch „over the air“ erfolgen über entsprechende Elektronik in der Steuervorrichtung sowie in der HV-Batterie zum Beispiel im Battery Management System integriert). Der Vorteil besteht darin, dass auf effektive Weise zum Beispiel Ladezustände der Batterie, Temperaturverhalten von LSSV und/oder TSSV oder detektierte und erhaltene Messwerte des Kühlsystems, welche das Betriebsverhalten der Batterie im Fahrzeug beeinflussen können, von der Steuerung verwendet werden können, zum Beispiel mithilfe eines entsprechenden Algorithmus, um ein optimales Laden der Batterie in unterschiedlichen Benutzersituationen zu ermöglichen sowie über Online-Software Updates zu optimieren. Somit können bei gegebener Hardware der Kühlkreisläufe einschl. LSSV sowie TSSV Produktoptimierungen über Software-Updates - welche kürzeren Entwicklungszyklen unterliegen als die implementierte Hardware - zum Beispiel durch Automobilhersteller und Systemlieferanten online, d. h. over the air bzw. wireless vorgenommen werden. Über ein zusätzliches Gateway an den Steuervorrichtungen können zudem im Servicefall die gespeicherten Daten (oder zum Beispiel Fehlerfälle) ausgelesen und ebenfalls Software-Updates durchgeführt werden.
Figurenliste
Weitere Ausführungsbeispiele werden Bezug nehmend auf die beiliegende Figur erläutert. Es zeigt:

1 ein Kühlsystem in einer Ausführungsform.

1 zeigt schematisch ein erfindungsgemäßes Kühlsystem 1 in einem Fahrzeug 100 zur Kühlung einer Batterie 10. Das Fahrzeug 100 kann zum Beispiel ein Elektrofahrzeug sein, welches zum Laden seiner Batterie 10 an eine Ladestation 40 über ein über ein ladestationsseitiges Ladekabel 35 inklusive Ladestecker an ein fahrzeuginternes Ladestecksystem 20, welches eine Ladedose 22 und ein Stecksystem 27 aufweist, verbunden ist. Die Batterie 10 kann dabei als eine Hochvoltbatterie ausgebildet sein. Die Batterie 10 ist dabei über mindestens eine fahrzeuginterne Leitung 110 mit mindestens einem fahrzeuginternen Verbraucher 120, wie etwa einem Sensor, ein Bildschirm etc. verbunden und versorgt diese mit der notwendigen Energie, wie dies in der 1 dargestellt ist. Die fahrzeuginterne Leitung 110 kann dabei im Sinne der vorliegenden Erfindung auch als mindestens ein Leitungssatz verstanden werden, der eine Anzahl von Leitungen oder Kabeln umfasst. Die Kühlvorrichtung 12 ist ferner über eine Traktionsleitung 51, welche als Kühlleitung ausgebildet sein kann, mit einem Traktionsstecksystem 50 (TSSV) fluidisch und / oder elektrisch verbunden. Das TSSV kann dabei einen Wechselrichter/E-Motor, ein Stecksystem, mindestens zwei Kühlleitungen, und / oder mindestens eine gekühlte DC-Leitung aufweisen.
Das Kühlsystem 1 des Fahrzeugs 100 umfasst in der gezeigten Ausführungsform der 1 eine Kühlvorrichtung 12, das Ladestecksystem 20 (LSSV) sowie eine Steuerverrichtung 30. Diese Komponenten sind durch entsprechende Leitungen fluidisch und/oder elektrisch auf eine Weise miteinander verbunden, wie sie im nachfolgenden noch detaillierter beschrieben werden.
Ganz allgemein gilt, wenn in der vorliegenden Erfindung von „Leitung“ die Rede ist, dann können immer nach Bedarf auch mehrere Leitungen damit gemeint sein, also Leitungen zum fluidischen und/oder elektrischen Hin- und/oder Rücktransport von Medien von einer Quelle zu mindestens einer Zielkomponente, wobei Quelle und Zielkomponente nicht zwangsläufig fahrzeugintern sein müssen, sondern sich auch außerhalb des Fahrzeugs 100, wie zum Beispiel eine Ladestation 40, befinden können. Zum Zwecke der besseren Darstellbarkeit des erfindungswesentlichen Gedankens in der 1 sind deshalb nicht alle Hin- und RückLeitungen fluidischer und / oder elektrischer Natur eingezeichnet.
Die Kühlvorrichtung 12 kann dabei als eine selbstständige Kühlvorrichtung innerhalb des Fahrzeugs 100 ausgebildet sein oder ein Bestandteil der fahrzeuginternen Batterie 10 sein. Die Kühlvorrichtung 12 ist in der 1 über eine erste Kühlleitung 13 mit der Batterie 10 verbunden und kann Bestandteil der Batterie 10 oder sich außerhalb der Batterie 10 befinden. Diese Verbindung kann von fluidischer und/oder elektrischer Natur sein. Ferner ist die Kühlvorrichtung 12 über eine zweite Kühlleitung 14 mit dem Ladestecksystem 20 fluidisch und/oder elektrisch verbunden. Das Ladestecksystem 20 umfasst in der gezeigten Ausführungsform eine Ladedose 22 und ein HV-Stecksystem 27.
Die Batterie 10 mit der Kühlvorrichtung 12 und dem daran angebundenen Ladestecksystem 20 und Traktionsstecksystem (TSSV) 50 kann dabei als ein sogenannter erster (fahrzeuginterner) Kühlkreislauf angesehen werden, der in sich geschlossen ist. Die Steuervorrichtung 30 ist ausgebildet, diesen ersten Kühlkreislauf steuerungs- bzw. regelungstechnisch entsprechend zu beeinflussen.
Man kann in Bezug auf den fahrzeuginternen Kühlkreislauf in der vorliegenden Erfindung auch zwischen einem Lademodus und einem Fahrmodus unterscheiden, je nachdem, ob das Fahrzeug 100 an der Ladesäule 40 geladen wird oder sich das Fahrzeug 100 bewegt. Bei Bewegung des Fahrzeugs 100, also im Fahrmodus, wird das Traktionsstecksystem 50 inklusive Traktionsleitung 51, welche an die Kühlvorrichtung 12 sowie an die Batterie 10 elektrisch und/oder fluidisch angebunden ist, aktiv gekühlt. Dabei können sich an beiden Enden der Traktionsleitung 51 in der 1 nicht gezeigte Steckvorrichtungen befinden, zum Beispiel Hochvolt-Stecksysteme, zur Kontaktierung auf die Batterie oder Verteilerkomponenten und zur Kontaktierung auf Verbraucher wie etwa Wechselrichter, die wiederum an einem E-Motor angebunden sind.
Die Kühlvorrichtung 12 kann eine in 1 nicht gezeigte Pumpvorrichtung umfassen, welche das Kühlfluid über die entsprechenden Kühlleitungen zu den verschiedenen Verbrauchern innerhalb des Fahrzeugsystems hin- und hertransportiert bzw. zirkulieren lässt. Die Pumpvorrichtung kann dabei auch die Funktion eines Umwälzens des Kühlfluids innerhalb des Kühlkreislaufes im Fahrzeug übernehmen. Das Kühlfluid kann dabei als ein flüssiges und elektrisch nicht-leitfähiges Fluid, ausgebildet sein, wie zum Beispiel Öl.
Die erfindungsgemäße Kühlvorrichtung 12 sieht dabei eine sog. aktive Kühlung des Ladestecksystems 20 und/oder Traktionsstecksystems 50 in Abhängigkeit vom Lade- oder Fahrmodus vor. Im Gegensatz zu einer passiven Kühlung von Komponenten wie bspw. einer Ladedose oder von Stecksystemen innerhalb von Leitungssätzen, wie es aus dem Stand der Technik bekannt ist, erfolgt die Kühlung der erfindungsgemäßen Ladedose 22 und des Stecksystems 27 bzw. der Komponenten und Stecksysteme des Traktionsstecksystems 50 über einen fluidischen Transport von Kühlfluid von einer Kühlquelle, welche in der vorliegenden Erfindung die Kühlvorrichtung 12 darstellt, zu einer von diesen und / oder beiden Komponenten bzw. Stecksystemen im Ladestecksystem 20 und/oder Traktionsstecksystem 50 einschließlich der stromdurchflossenen, kühlbaren Leitungen 13, 14, 51.
Die Kühlvorrichtung 12 kann dabei Bestandteil des allgemeinen Batteriekühlsystems der Batterie 10 des Fahrzeugs 100 sein. Das direkte Umspülen kann einerseits im Anschlussbereich der Stecksysteme inkl. stromführende Kontakte und Komponenten im Ladestecksystem 20 und/oder im Traktionsstecksystem 50 erfolgen. Diese direkte Kühlung beinhaltet auch die Durchströmung von deren strom- und / oder fluidführender Leitungen 13, 14, 51 mit Kühlfluid sowie einschließlich die direkte Umspülung von deren stromführender Kontakte in den Gehäusekammern der Komponenten oder Stecksystemen mit Kühlfluid. Diest für den erwünschten Kühleffekt, wobei die von dem Kühlfluid aufgenommene Wärme des Ladestecksystems 20 bzw. des Traktionsstecksystems 50 anschließend wieder über entsprechende (in der 1 nicht dargestellte) Rückführungen in den einzelnen Kühlleitungen des ersten, fahrzeuginternen Kühlkreislaufes zur Quelle zurücktransportiert wird.
Dabei kann, um ein konkretes Implementierungsbeispiel anzuführen, die Kühlanbindung an die stromführenden Kontakte des Ladestecksystems 20 und/oder des Traktionsstecksystems 50 durch eine direkte Umspülung der stromführenden Kontakte im Anschlussbereich der Gehäuse von der Komponente Ladedose 20 und/oder des Stecksystems 27 und / oder des Traktionsstecksystems 50 über die Kühlleitung, durch Einschluss des Kontakts innerhalb eines gefluteten Reservoirs mit Kühl-Fluid oder durch komplette Umspülung über die Mantelfläche des jeweiligen Kontakts oder Kontaktpaars im gegenseitigen Eingriff bzw. gesteckten Zustand und dessen Anschlussbereiche mittels hier nicht näher bezeichneter Kühlkanäle im Kontakt erfolgen. Durch die direkte Kühlanbindung an die stromführenden Kontakte DC+/DC- der Komponenten Ladedose 20 und des Stecksystems 27 und / oder des Traktionsstecksystems 50 wird auf vorteilhafte Weise der thermische Stress auf die Materialien dieser beiden Komponenten minimiert, wodurch die Lebensdauer dieser Komponenten erhöht wird und Service-Fälle beim Fahrzeughersteller aufgrund von Funktionsverlust, Ausfall und Beschädigung signifikant reduziert werden. Die Gefahr eines vorzeitigen Austausches der Ladedose 20 vor Erreichen von ca. 10.000 Steckzyklen kann auf diese Weise und in Verbindung mit der aktiven Kühlung minimiert werden.
Das Kühlfluid wird im Lademodus in der vorliegenden Ausführungsform der 1 über die erste Kühlleitung 13 und die zweite Kühlleitung 14 zwischen der Batterie 10 und dessen Kühlvorrichtung 12 sowie dem Ladestecksystem 20 transportiert, wodurch der in sich geschlossene erste Kühlkreislauf zwischen der Batterie 10 und dem Ladestecksystem 20 und / oder der Ladestation 40 entsteht. Dabei ist die kühltechnische Umwälzung des Kühlfluids über entsprechende Rückleitungen, die in der 1 zwecks besserer Übersichtlichkeit nicht dargestellt sind, vorgesehen.
Die Kühlleitungen 13, 14 können dabei im Sinne der vorliegenden Erfindung wie folgt verstanden bzw. ausgebildet sein:

Die Kühlleitung 13, 14 kann zum Beispiel über eine Schraubverbindung an das Stecksystem 27 der Batterie 10, welche an eine Kühlvorrichtung 12 angebunden ist, sowie an die Komponente Ladedose 22 separat verbunden sein. Die Kühlleitung 13, 14 kann dabei auch als eine stromführende DC-Leitung, zum Beispiel als ein DC-Multicore-Kabel aufgefasst werden, welches eine Datenleitung enthalten kann. Dabei kann die Kühlleitung 13, 14 als aktiv kühlbare, stromführende DC-Leitung gestaltet sein und als geschirmte oder ungeschirmte Leitung sowie als Rund- oder Flachleiter aus Aluminium oder Kupfer ausgebildet sein. Diese aktiv kühlbare, stromführende DC-Leitung umfasst weiterhin, dass sie mit einem Kühlfluid aktiv kühlbar ist bzw. aktiv durchspült werden kann, d. h. dass das stromführende DC-Kabel das Kühlfluid selbst transportiert als Verbindungsstück zwischen mindestens zwei Stecksystemen, bspw. im Lademodus als elektrisch oder / fluidisches Verbindungsstück zwischen dem Stecksystem 27 und der Ladedose 22 oder im Fahrmodus als elektrisch und / oder fluidisches Verbindungsstück 51 (Traktionsleitung) zwischen zwei Steckvorrichtungen des Traktionsstecksystems 50 ausgebildet werden kann, wobei die zwei Steckvorrichtungen (bspw. zur Anbindung an die Batterie und dem Wechselrichter des E-Motors) aus Übersichtsgründen in der 1 nicht gezeigt wurden.

In der Gehäusekammer der stromführenden Kontakte kann also der jeweilige HV-Stecker im Ladestecksystem 20 oder Traktionsstecksystem 50 oder die Komponente Ladedose entweder über eine Schweißanbindung oder über eine Crimpanbindung mit dem gekühlten DC-Kabel elektrisch und / oder fluidisch verbunden werden, wobei im Anschlussbereich bzw. in der Gehäusekammer ein abgedichteter Bereich besteht, in welchem das Kühlfluid seine Kühlfunktion bereitstellt und somit ein Austritt des Fluids bspw. in den Fahrzeugraum oder durch kapillare Effekte über bspw. Längswasser-Undichtigkeiten nach außen in die Peripherie oder nach innen in die Komponente verhindert wird.
In einem anderen Beispiel könnte die Kühlleitung 14 als integraler Bestandteil des gekühlten DC-Kabels (Multicore oder Doppelschiene) sein, ohne dass sich die Kühlleitung separat, das heißt, außerhalb des DC-Kabels befindet.
In einem weiteren Beispiel könnte die Zuführung des Kühlfluids als elektrisch nichtleitendes Fluid, wie etwa Öl über die Ladestation 40 und der Ladeleitung 35 sowie über einen in 1 nicht gezeigten Stecker (bspw. Ladestecker) durch eine Membran bzw. ein fluiddurchlässiges Verbindungs- oder Austauschmittel in einem gedichteten Bereich der Ladedose in das fahrzeugseitige gekühlte DC-Kabel eingebracht werden. Auf diese Weise wäre ein Austausch des im Fahrzeugs 100 zirkulierenden Kühlfluids über die bereits im Gehäuse und/oder des stromführenden Kontakts vorhandenen Kühlkanäle möglich.
Bei der aktiven Kühlung mit Öl als Kühlfluid können die stromführenden Kontakte und Leiter im Kabel, welche bspw. aus Aluminium oder Kupferlegierungen bestehen können, direkt mit dem elektrisch nicht leitfähigen Öl umspült bzw. durchströmt werden, so dass ein stromführender Kontakt und Leiter direkt mit dem Öl in Kontakt sind und dadurch der effektivste Wärmeaustausch und -transport erfolgen kann Alternativ kann die Kühlleitung 13, 14 auch jeweils nur eine Leitung darstellen, die ausschließlich das Kühlfluid innerhalb des besagten Kühlkreislaufes transportiert.
Die Steuervorrichtung 30, welche auch als Controller bezeichnet werden kann, ist gemäß der Ausführungsform der 1 über eine erste Datenleitung 32 mit dem Ladestecksystem 20 und über die Traktionsleitung 51, welche neben einer Kühlleitung auch eine Datenleitung umfassen kann, mit dem Traktionsstecksystem 50 verbunden. Die Steuervorrichtung 30 ist ferner über eine dritte Datenleitung 34 mit der Kühlvorrichtung 12 verbunden, um diese entsprechend anzusteuern. Die Steuervorrichtung 30 ist gemäß der 1 ferner über eine zweite Datenleitung 33 mit der Batterie 10 verbunden. Dies ermöglicht, ein thermisches Betriebsverhalten der Batterie 10 zu steuern. Die Verbindung, d. h. Datenkommunikation zur HV-Batterie kann jedoch auch „over the air“ oder „wireless“ erfolgen, das heißt über entsprechende Elektronik in der Steuervorrichtung 30 sowie in der HV-Batterie.
Der Vorteil besteht dann darin, dass auf effektive Weise zum Beispiel Ladezustände der Batterie, Temperaturverhalten von LSSV und/oder TSSV oder detektierte und erhaltene Messwerte des Kühlsystems, welche das Betriebsverhalten der Batterie im Fahrzeug beeinflussen können, von der Steuerung verwendet werden können, zum Beispiel mithilfe eines entsprechenden Algorithmus, um ein optimales Laden der Batterie in unterschiedlichen Benutzersituationen zu ermöglichen sowie über Software Updates die Software der Steuervorrichtung 30 zu optimieren. Gewisse Funktionsumfänge der Steuervorrichtung 30 können in einer alternativen Ausführungsform bspw. in andere Komponenten wie der Ladedose 22, der Batterie 10 oder anderen Bordnetz-Komponenten integriert werden. Somit können bei gegebener Hardware der Kühlkreisläufe einschl. LSSV sowie TSSV Produktoptimierungen über Software-Updates - welche kürzeren Entwicklungszyklen unterliegen als die implementierte Hardware - zum Beispiel durch Automobilhersteller und Systemlieferanten online, d. h. „over the air“, vorgenommen werden. Über ein zusätzliches Gateway an den Steuervorrichtungen können zudem im Servicefall die gespeicherten Daten (oder etwa Fehlerfälle) ausgelesen und ebenfalls Software-Updates durchgeführt werden.
Die Steuervorrichtung 30 kann dabei ferner ausgebildet sein, eine zentrale Verteilung des vorhandenen Kühlfluids im aktiv gekühlten Leitungssatz, der insbesondere ein Hochvoltleitungssatz sein kann, über im Fahrzeug befindliche und an verschiedenen Stellen innerhalb der Fahrzeugbordnetzarchitektur positionierten zonalen Verteilerregelungseinheiten zu steuern. Auch diese Verteilerregelungseinheiten können dabei über hier nicht in der 1 dargestellten elektrischen Leitungen mit der Ladedose 20 und/oder dem Stecksystem 27 verbunden sein, um die von diesen Komponenten detektierten Sensordaten über deren jeweiligen Sensorvorrichtungen 23, 28 zu erfassen. Auf diese Weise können wichtige Parameter zur Steuerung und Regelung des Kühlreislaufes bzw. der Kühlung des LSSV und TSSV, wie etwa Temperatur, Druck, Durchflussgeschwindigkeit und weitere Kennwerte, die wichtige Eigenschaften des zirkulierenden Kühlfluids abbilden, erfasst werden und zum Beispiel an die Steuervorrichtung 30 und/oder an eine andere zentrale Recheneinheit innerhalb der FahrzeugbordnetzArchitektur des Fahrzeuges 100 zur entsprechenden Auswertung sowie zur Steuerung des ersten Kühlkreislaufes innerhalb des Fahrzeugs 100 verwendet werden. Dieses Vorgehen kann man auch als ein regulierendes Thermomanagement innerhalb des Fahrzeugbordnetzes des Fahrzeugs 100 bezeichnen. Es ermöglicht die optimale Steuerung der Lastverteilung und der Wärmedistribution der zu kühlenden Fahrzeugkomponenten und im vorliegenden Fall, des Ladestecksystems 20 und seinen Komponenten, der Ladedose 22 und des Stecksystems 27 sowie deren gekühlte, stromführenden Leitungen 13, 14 während des Ladevorgangs der Batterie 10. Dieses Prinzip der thermischen Regulierung kann selbstverständlich auch im Fahrmodus im Traktionsstecksystem 50 einschl. der Traktionsleitung 51 angewandt werden, dies ist auch nötig angesichts der steigenden Impulsströme / Peak- und Dauerleistungen der Verbraucher (wie z. B. E-Motor).
Durch das Thermomanagement des Ladestecksystems 20 und / oder des Traktionsstecksystems 50, welches auch in beiden Stecksystemen implementiert sein kann, können Hotspots und Wärmestauungen in diesem Stecksystemen 20, 50 sowie deren Leitungen 13, 14, 51 vermieden werden.
In diesem Zusammenhang sei folgendes Beispiel genannt: Es sei die „Regelgröße x die Ist-Temperatur“ in den Systemen LSSV oder TSSV, auf welche die „Störgröße Ladeleistung z“ mit einem Temperaturanstieg über die Regelstrecke LSSV oder TSSV einwirkt, dabei werden die Temperatur-Sensordaten in den Hochvolt-Stecksystem oder der Ladedose abgefragt und ausgewertet über den Mikrocontroller der Steuervorrichtung, die „Führungsgröße w sei die zulässige Grenztemperatur, die anhand eines Algorithmus als Schwellenwerthöhe bzw. Kritikalität ermittelt bzw. über den Temperaturgradienten in den Hochvolt-Stecksystemen oder bspw. Ladedose im LSSV oder TSSV errechnet bzw. extrapoliert wird, anschließend erfolge eine Delta-Berechnung zwischen Regel- und Führungsgröße als Ist-/Soll- Vergleich zur Ermittlung der Stellgröße y, die Stellgröße könnte bspw. eine Erhöhung des Volumenstroms sein, um die geforderten Grenztemperaturen in den System LSSV und/oder TSSV nicht zu überschreiben, dabei kann bspw. die Regelung des Volumenstroms über Aktorik in der Umwälzpumpe des jeweiligen Kühlkreislaufs erfolgen (z. B. weitere Öffnung von Drosselklappen der Umwälzpumpe oder Erhöhung des FluidDrucks), d. h. im Lademodus auch in Verbindung mit einem Fluid-Austausch entweder über den batterie- oder ladestationsseitigen Kühlkreislauf, wodurch stets höchste Wirkungsgrade sowie Effizienz bei der Kühlwirkung im gesamten Kühlkreislauf erzielt werden.
Eine derartige Funktionalität der Steuervorrichtung 30 kann durch die elektrische Verbindung der Steuervorrichtung 30 über die dritte Datenleitung 34 mit dem Kühlsystem 12 und/oder durch die in der 1 dargestellte elektrische Verbindung der Steuervorrichtung 30 mit der Batterie 10 über die zweite Datenleitung 33 erfolgen.
In einer anderen Ausprägungsform der Steuervorrichtung 30 besteht zusätzlich eine Schnittstelle zur Datenkommunikation über ein Operating System (aus Gründen der Übersicht nicht in 1 angedeutet bzw. dargestellt) des Fahrzeugs 100, welches wiederum über einen webbasierten Dienst oder Datenleitung mit anderen Applikation und Diensten Daten austauscht (bspw. um Software-Updates in das Fahrzeug übertragen zu können). Die Steuervorrichtung 30 kann zum Beispiel Mikro-Controller, RFID, NFC, API (= Application Programming Interface) sowie A/D-Wandler und weitere Funktionsumfänge beinhalten, welche zur Steuerung und Regelung des Kühlreislaufs, einer Sensordatenauswertung / -fusion /-interpretation sowie zur Kommunikation mit Apps und Kommunikationsprotokollen der Peripherie außerhalb des Fahrzeugs ausgebildet sind. Weiterhin können Kommunikationsprotokolle im Fahrzeug 100 über die Steuervorrichtung 30 aktualisiert werden. Denkbar wäre zum Beispiel eine zusätzliche Option zur Steuerung der Ladegeschwindigkeit an fluid-gekühlten Schnellladesäulen oder Software Updates mit geänderten Stromprofilen zur schonenderen Ladung der Hochvolt-Batterie und weitere Optionen oder optimierte Volumenströme in den Kühlreisläufen in Abhängigkeit von Ladegeschwindigkeit oder in Abhängigkeit vom jeweiligen Fahrprofil des Fahrers.
Das Ladestecksystem 20 umfasst mindestens eine Sensorvorrichtung 23, 28, welche ausgebildet ist, über die erste Datenleitung 32 mit der Steuervorrichtung 30 zu kommunizieren. Die Ladedose 22 umfasst also mindestens einen Sensor 23 und das Stecksystem 27 umfasst mindestens einen Sensor 28. Die Sensoren 23, 28 können dabei vorzugsweise als Temperatursensoren ausgebildet sein, um das thermische Verhalten des Ladestecksystems 20 zu erfassen. Der zusätzliche Einsatz von anderen bzw. weiteren Sensortypen sind jedoch ebenso möglich. Die Ladedose 22 und das Stecksystem 27 sind elektrisch und/oder fluidisch miteinander verbunden. Die Ladedose 22 kann dabei während des Ladevorgangs mit einem Ladestecker des Ladekabels 35 mit einer Ladestation 40 verbunden sein (Ladestecker nicht in der 1 gezeigt). Durch die Abfrage von Sensordaten des Ladestecksystems 20 lassen sich also die Auswirkungen von Ladezyklen und das Ladeverhalten des Fahrzeughalters auf die Langlebigkeit der Batterie 10 rechnerisch ermitteln. Durch einen entsprechenden Algorithmus, welcher als Softwaremodul zum Beispiel in dem Ladestecksystem 20 und/oder der Steuervorrichtung 30 implementiert sein kann, kann mithilfe dieser detektierten Sensordaten ein Vorschlag zum optimalen Laden der Batterie 10 gegenüber, zum Beispiel der Ladestation 40, gemacht werden in Verbindung mit der neuen Kühlwirkung im Fahrzeugbordnetz des fahrzeuginternen ersten Kühlkreislaufes, der optional mit dem ladestationsseitigen zweiten Kühlkreislauf zusammengeschaltet oder ergänzt werden kann.
Durch einen intelligenten Ladevorgang lässt sich die Lebensdauer der Batterie 10 sowie der übrigen Komponenten und Stecksysteme des LSSV 20 sowie anderer Verbraucher oder Verteilerkomponenten des Fahrzeugbordnetzes im Lademodus deutlich erhöhen. Ferner sind nach demselben Prinzip Sensorvorrichtungen in den Stecksystemen des Traktionsstecksystems angebracht. Hierdurch ist es analog über das gleiche Softwaremodul über bspw. einen Algorithmus möglich, eine effektive und effiziente Kühlung und Schonung der Komponenten und Stecksysteme im Traktionsstecksystem umzusetzen und dadurch die Performance der Elektronik und Antriebskomponenten sowie deren Lebensdauer deutlich zu steigern aufgrund einer optimalen Entwärmung vom Komponenten und Stecksystemen.
Die Ladedose 22 kann dabei eine als Software implementierte Ladesteuerung beinhalten, welche länderspezifische Ladesteuerungen vornimmt. Ferner kann die Ladedose 22 eine sogenannte Näherungssensorik RFID oder NFC beinhalten, um zu erkennen, ob Fahrzeuge an einer öffentlichen Ladesäule angeschlossen sind und ein schneller Ladevorgang beabsichtigt ist bzw. bevorsteht in Verbindung mit der neuen Kühlwirkung des ersten Kühlkreislaufs (fahrzeugintern) und/oder erweitert um den zweiten Kühlkreislauf (fahrzeugextern). Auf diese Weise kann sichergestellt werden, dass der Fahrer länderunabhängig über verschiedene Ladestandards hinweg unabhängig seine Batterie des Elektrofahrzeuges bestmöglich schnellladen kann.
Generell kann dabei die Ladedose 22 über die erste Datenleitung 32, welche in diesem Fall als eine sogenannte API-Schnittstelle ausgebildet sein kann, mit der Steuervorrichtung 30 gekoppelt sein. Auf diese Weise können Daten des Ladevorgangs zwischen der Ladedose 22 und der Steuervorrichtung 30 bidirektional übertragen werden. Die Steuervorrichtung 30 kann selbst wiederum mit einer in der 1 nicht dargestellten zentralen Rechnereinheit innerhalb des Fahrzeuges elektrisch verbunden sein. Die zentrale Rechnereinheit kann dann die von der Steuervorrichtung 30 erhaltenen Daten entsprechend auswerten bzw. aufbereiten und zum Beispiel an eine Darstellungseinheit, wie zum Beispiel ein Bildschirm (nicht in der 1 dargestellt), im Fahrzeug 100 übermitteln, um dem Fahrer des Fahrzeugs 100 Kennwerte zum Ladevorgang wie etwa Druck, Temperatur, Ladegeschwindigkeit, Kühlleistung etc. anzuzeigen. Der Bildschirm zur Darstellung dieser Kennwerte kann dabei über die fahrzeuginterne Leitung 110 mit der Batterie 10 verbunden sein und bildet somit einen von einer Vielzahl im Fahrzeug 100 vorgesehenen elektrischen Verbraucher. Auch aus diesem Grund ist es also sinnvoll, dass die Steuerverrichtung 30 über die zweite Datenleitung 33 mit der Batterie 10 elektrisch verbunden ist.
Das Traktionsstecksystem 50 kann ebenfalls wie das Ladestecksystem 20 über derartige, wie in vorhergehende Weise beschrieben, Sensoren verfügen und einen entsprechenden bidirektionalen Datenaustausch mit dem Steuervorrichtung 30 durchführen.
Die Ladestation 40 ist, wie in der 1 dargestellt, über eine gekühlte Ladeleitung 35 mit dem Kühlsystem 1 des Fahrzeugs 100 verbunden. Die Ladeleitung 35 kann dabei als eine oder mehrere elektrischen und/oder fluidischen Leitungen realisiert sein. In der in der 1 dargestellten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Ladestation 40 über die Ladeleitung 35 mit der Steuervorrichtung 30 und / oder mit dem Ladestecksystem 20 elektrisch verbunden. Bei einer fluidischen Anbindung der Ladestation 40 mit dem Kühlsystem 1 über die Ladeleitung 35 kann außerdem ein zweiter bzw. weiterer ladestationsseitiger Kühlkreislauf dem ersten fahrzeuginternen Kühlkreislauf hinzugeschaltet werden. Auf diese Weise kann zum Beispiel das im ersten Kühlkreislauf des Fahrzeugs 100 befindliche Kühlfluid durch eines von der Ladestation 40 bereitgestelltes Kühlfluid gemischt und/oder ausgetauscht werden, wie dies vorstehend bereits exemplarisch beschrieben wurde. Der zweite Kühlkreislauf der Ladestation 40, welche als Ladesäule ausgebildet sein kann, kann also ebenso wie der erste batterieseitige oder fahrzeugseitige Kühlkreislauf für eine Bereitstellung und Umwälzung des zur Kühlung von insbesondere dem Ladestecksystem 20 und / oder dem Traktionsstecksystem 50 benötigten Kühlfluids sorgen.
Auf diese Weise kann ein thermodynamisch idealisierter Gleichgewichtszustand in Form eines geschlossenen Kühlkreislaufes zwischen der Ladestation 40 und dem Fahrzeug 100 hergestellt werden. Durch den möglichen Austausch des Kühl-Fluids der Batterie 10 bzw. des mit ihr verbundenen Kühlsystem 12 und der Ladestation 40 lassen sich die Wartungsfälle beim Fahrzeughersteller bezüglich Ölaustausch der Batterie 10 reduzieren, was andernfalls zu einem großen Montageaufwand unter HV-Sicherheitsregularien führen würde. Durch die Zuschaltung des zweiten Kühlkreislaufs der Ladestation 40 wird außerdem die erforderliche Pumpenleistung des Fahrzeugs 100 und Ladestation 40 sowie die erforderliche Kühlleistung auf effektive Weise reduziert.
In Bezug auf die hier beschriebenen beiden Kühlkreisläufe kann also zusammenfassend gesagt werden, dass sich der erste fahrzeugseitige Kühlkreislauf und der zweite ladestationsseitige Kühlkreislauf durch ein entsprechendes Zusammenschalten in vorteilhafter Weise ergänzen können, um die erforderliche Kühlleistung für die zu kühlenden fahrzeuginternen Verbraucher oder Fahrzeugkomponenten in Bezug auf das Ladestecksystem 20 und / oder das Traktionsstecksystem 50 auf effiziente Weise bereitzustellen.
Bezugszeichenliste

1: Kühlsystem Fahrzeug
10: Batterie
12: Kühlvorrichtung
13: Erste Kühlleitung
14: Zweite Kühlleitung / Ladestecksystemleitung
20: Ladestecksystem
22: Ladedose
27: Stecksystem
23, 28: Sensorvorrichtung
30: Steuervorrichtung / Controller
32: Erste Datenleitung (Steuerung-Ladestecksystem)
33: Zweite Datenleitung (Steuerung-Batterie)
34: Dritte Datenleitung (Steuerung-Kühlvorrichtung)
35: Ladeleitung (Ladestation)
40: Ladestation
50: Traktionsstecksystem
51: Traktionsleitung
100: Fahrzeug
110: Fahrzeuginterne Leitung
120: Fahrzeuginterner Verbraucher / Komponente

Claims

Kühlsystem (1) in einem Fahrzeug (100) mit einer in dem Fahrzeug integrierbaren Batterie (10) zur Kühlung von mindestens einer fahrzeuginternen Komponente (20) in einem Fahrzeug, wobei die Batterie (10) ausgebildet ist, über eine fahrzeuginterne Leitung (110) mindestens einen fahrzeuginternen Verbraucher (120) zu versorgen, aufweisend: • eine Kühlvorrichtung (12) mit einer ersten Kühlleitung (13) und einer zweiten Kühlleitung (14), wobei die Kühlvorrichtung (12) über die erste Kühlleitung (13) mit der Batterie (10) fluidisch und/oder elektrisch verbindbar ist, • ein Ladestecksystem (20), welches über die zweite Kühlleitung (14) mit der Kühlvorrichtung (12) fluidisch und/oder elektrisch verbindbar ist, • eine Steuervorrichtung (30) mit einer ersten Datenleitung (32), einer zweiten Datenleitung (33) und einer dritten Datenleitung (34), wobei die Steuervorrichtung (30) über die erste Datenleitung (32) mit dem Ladestecksystem (20) verbindbar ist, und wobei die Steuervorrichtung (30) ferner ausgebildet ist, über die dritte Datenleitung (34) die Kühlvorrichtung (12) anzusteuern.
Kühlsystem (1) nach Anspruch 1, wobei eine Ladestation (40) über eine Ladeleitung (35) mit der Steuervorrichtung (30) und / oder dem Ladestecksystem (20) fluidisch und/oder elektrisch verbindbar ist.
Kühlsystem (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei das Ladestecksystem (20) mindestens eine Sensorvorrichtung (23, 28) aufweist, welche ausgebildet ist, über die erste Datenleitung (32) mit der Steuervorrichtung (30) zu kommunizieren.
Kühlsystem (1) nach Anspruch 3, wobei die mindestens eine Sensorvorrichtung (23, 28) jeweils mindestens einen Temperatursensor aufweist, welcher ausgebildet ist, das thermische Verhalten des Ladestecksystems (20) zu detektieren.
Kühlsystem (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei das Ladestecksystem (20) eine Ladedose (22) und ein Hochvolt-Stecksystem (27) aufweist, welche miteinander verbindbar sind, und wobei ferner die Ladedose (22) mit einer Ladestation (40) verbindbar ist.
Kühlsystem (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die Kühlvorrichtung (12) ferner über eine Traktionsleitung (51) mit einem Traktionsstecksystem (50) innerhalb des Fahrzeugs (100) fluidisch und/oder elektrisch verbindbar ist.
Kühlsystem (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die Kühlvorrichtung (12) eine aktive Kühlung vorsieht, welche ausgebildet ist, ein Kühlfluid, welches zwischen der Kühlvorrichtung (12) und dem Ladestecksystem (20) und / oder zwischen der Kühlvorrichtung (12) und dem Traktionsstecksystem (50) zu befördern, wobei ein geschlossener Kühlkreislauf innerhalb des Fahrzeugs (100) installierbar ist.
Kühlsystem (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei über eine Ladestationsleitung (35) eine Ladestation (40) mit dem Ladestecksystem (20) fluidisch und / oder elektrisch verbindbar ist und wobei ferner durch ein Austauschmittel innerhalb des Fahrzeugs (100) das Kühlfluid innerhalb des Fahrzeugs (100) mit einem Kühlfluid der Ladestation (40) austauschbar ist.
Kühlsystem (1) nach Anspruch 7, wobei das Kühlfluid als ein flüssiges und elektrisch nicht-leitfähiges Fluid, ausgebildet ist.
Kühlsystem (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die Steuervorrichtung (30) über die zweite Datenleitung (33) mit der Batterie (10) verbindbar ist, um ein thermisches Betriebsverhalten der Batterie (10) zu steuern.