DE102021129893A1 - System und Verfahren zum Übertragen von thermischer und elektrischer Energie - Google Patents

System und Verfahren zum Übertragen von thermischer und elektrischer Energie Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein System (10) zum Übertragen von thermischer und elektrischer Energie, mit einer Infrastruktureinrichtung (12), einem elektrisch betreibbaren Kraftfahrzeug (14) und einem Energieübertragungskabel (16), das die Infrastruktureinrichtung (12) und das Kraftfahrzeug (14) thermisch und elektrisch miteinander koppeln kann. Das Energieübertragungskabel (16) weist elektrische Leitungen (46) und zumindest eine Kühlmitteleitung (48) auf, wobei die elektrischen Leitungen (46) und die zumindest eine Kühlmittelleitung (48) zusammen in einem Kabelschlauch des Energieübertragungskabels (16) derart zueinander angeordnet sind, dass eine Übertragung von thermischer Energie zwischen den elektrischen Leitungen (46) und der zumindest einen Kühlmittelleitung (48) bereitgestellt ist. Das System (10) weist ferner eine Steuervorrichtung (32) auf, die dazu ausgebildet ist, die Übertragung der thermischen Energie und der elektrischen Energie über das gekoppelte Energieübertragungskabel (16) gemäß einer Optimierungsstrategie zu steuern.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein System zum Übertragen von thermischer und elektrischer Energie, mit einer Infrastruktureinrichtung, einem elektrisch betreibbaren Kraftfahrzeug und einem Energieübertragungskabel. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Übertragen von thermischer und elektrischer Energie.
  • Derzeit werden Fahrzeuge mit einer Fahrzeugbatterie, insbesondere einem Hochvoltenergiespeicher, zunehmend mit bidirektionaler Ladetechnik ausgestattet. Das heißt, es kann nicht nur ein Stromfluss von einer Infrastruktureinrichtung zum Kraftfahrzeug stattfinden, um die Fahrzeugbatterie (HV-Batterie) zu laden, sondern auch wieder vom Kraftfahrzeug in die Infrastruktureinrichtung. Damit ist es beispielsweise möglich, während Spitzenlastzeiten elektrische Energie von der Fahrzeugbatterie an die Infrastruktureinrichtung abzugeben, wobei die Infrastruktureinrichtung beispielsweise ein Gebäude sein kann, und somit die elektrische Energie an Verbraucher im Gebäude abgegeben werden können, um ein Stromnetz im Gebäude zu stabilisieren. Somit ist ein Strombezug aus einem externen Stromnetz nicht erforderlich oder wird minimiert. In diesem Zusammenhang spricht man auch von Vehicle to Grit (V2G) oder auch von Vehicle to Home (V2H).
  • Eine thermische Energie, die bei einem Aufladevorgang entsteht oder dafür benötigt wird, bleibt aktuell ungenutzt, wodurch unnötige Verlustleistungen erzeugt werden. Insbesondere sind Thermomanagementsysteme von Kraftfahrzeugen und Infrastruktureinrichtungen üblicherweise voneinander entkoppelt, wodurch die thermische Energie aus Kühlmittelkreisläufen nicht effektiv genutzt wird.
  • Aus der DE 10 2016 124 491 A1 ist ein Haus- und Kraftfahrzeugenergiesystem bekannt. Das System umfasst einen Elektrizitätsgenerator, der Elektrizität aus verbrennbarem Kraftstoff erzeugt und des Weiteren Wärme produziert, und der zumindest zeitweise in einem Kraftfahrzeug montiert ist und eine lösbare Elektrizitätsversorgungsleitung zum Übertragen von elektrischer Energie zwischen dem Haus und dem Kraftfahrzeug in zumindest eine Richtung. Des Weiteren weist das System eine lösbare Wärmeversorgungsleitung zum Übertragen von Wärme zwischen dem Elektrizitätsgenerator und dem Haus auf und eine Steuerungseinrichtung, die die Erzeugung von Elektrizität durch den Elektrizitätsgenerator und das Strömen von Wärme und Elektrizität steuert, wobei die Steuerungseinrichtung eine Energiestrategie umsetzt.
  • Aus der DE 10 2009 032 458 A1 ist ein Verfahren zum Betrieb eines straßentauglichen Kraftfahrzeugs an der Haustechnik eines Gebäudes mit einer Andockstation bekannt, welche Anschlüsse am Kraftfahrzeug mit dem Gebäude verbindet, wobei das Kraftfahrzeug als Hybridfahrzeug ausgebildet ist und mindestens einen Verbrennungsmotor und einen Elektromotor mit einer Batterie aufweist, wobei das Hybridfahrzeug für die Wärme und Stromerzeugung stationär in die Haustechnik eines Gebäudes eingekoppelt wird und wobei das Hybridfahrzeug für die Wärme und Stromversorgung des Gebäudes verwendet wird.
  • Aus der DE 10 2019 114 765 B3 ist eine Ladekabelanordnung zum Aufladen einer Traktionsbatterie eines Elektrofahrzeugs bekannt, mit einem Ladekabel, welches mindestens einen elektrischen Leiter und mindestens eine Kühlleitung aufweist, einen endseitig am Ladekabel angeordneten Ladestecker mit einem Ladesteckergehäuse, wobei der Ladestecker ein Steckverbindungselement und ein Kühlleitungskupplungselement umfasst, wobei das Kühlleitungskupplungselement verschiebbar am Ladesteckergehäuse gelagert ist und zwischen einer Kupplungsstellung und einer Nichtkupplungsstellung bewegbar ist.
  • Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein verbessertes System und Verfahren zum Übertragen von thermischer und elektrischer Energie bereitzustellen.
  • Diese Aufgabe wird durch die unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen, der folgenden Beschreibung sowie den Figuren offenbart.
  • Die Erfindung basiert auf der Idee, dass Thermomanagementsysteme, insbesondere Kühlmittelkreisläufe, von einem Elektrofahrzeug und einer Infrastruktureinrichtung, zum Beispiel einem Haus, miteinander verbunden werden, sodass physikalisch ein einheitlicher Kühlmittelkreislauf entsteht. Je nach Anwendungsfall kann unterschiedlich temperiertes Wasser zwischen dem Fahrzeug und der Infrastruktur ausgetauscht werden. So kann analog zu einem bidirektionalen Ladevorgang ein bidirektionaler Wärmetransfer realisiert werden.
  • Durch die Erfindung ist ein System zum Übertragen von thermischer und elektrischer Energie bereitgestellt. Das System umfasst eine Infrastruktureinrichtung, ein elektrisch betreibbares Kraftfahrzeug und ein Energieübertragungskabel. Das Kraftfahrzeug umfasst eine Fahrzeugbatterie und einen Kühlmittelkreislauf zum Kühlen der Fahrzeugbatterie. Beispielsweise kann das Kraftfahrzeug ein batteriebetriebenes elektrisches Fahrzeug (Battery Electric Vehicle; BEV) oder ein Plugin-Hybrid Fahrzeug (PHEV) sein, wobei die Fahrzeugbatterie eine Traktionsbatterie beziehungsweise ein Hochvoltenergiespeicher (HV-Batterie) sein kann. Diese wird von einem Kühlmittelkreislauf gekühlt, wobei thermische Energie bei einem Aufladevorgang der Fahrzeugbatterie und/oder bei einem Betrieb der Fahrzeugbatterie entstehen kann.
  • Die Infrastruktureinrichtung umfasst eine Elektrizitätseinrichtung und einen Infrastrukturkühlmittelkreislauf. Die Infrastruktureinrichtung ist vorzugsweise ein Gebäude, insbesondere ein Haus, wobei die Elektrizitätseinrichtung beispielsweise ein Anschluss an ein Stromnetz, eine Infrastrukturspeicherbatterie (Batteriespeicher) für elektrische Energie und/oder eine Stromerzeugungseinrichtung, wie beispielsweise ein Solarmodul und/oder eine Windkraftanlage, sein kann. Des Weiteren kann die Infrastruktureinrichtung einen Infrastrukturkühlmittelkreislauf aufweisen, wobei der Infrastrukturkühlmittelkreislauf vorzugsweise über einen Wärmetauscher mit einem Brauchwasser der Infrastruktureinrichtung verbunden ist und somit thermische Energie aus dem Infrastrukturkühlmittelkreislauf an Verbraucher der Infrastruktureinrichtung aufnehmen oder an diesen abgeben kann.
  • Das Energieübertragungskabel des Systems weist elektrische Leitungen zum Übertragen der elektrischen Energie, vorzugsweise zum bidirektionalen Übertragen der elektrischen Energie, und zumindest eine Kühlmittelleitung zum Übertragen der thermischen Energie mittels eines Kühlmittels auf, wobei die elektrischen Leitungen und die zumindest eine Kühlmittelleitung zusammen in einem Kabelschlauch des Energieübertragungskabels derart zueinander angeordnet sind, dass eine Übertragung von thermischer Energie zwischen den elektrischen Leitungen und der zumindest einen Kühlmittelleitung bereitgestellt ist. Des Weiteren ist das Energieübertragungskabel dazu ausgebildet, die Fahrzeugbatterie des Kraftfahrzeugs mit der Elektrizitätseinrichtung der Infrastruktureinrichtung und dem Kühlmittelkreislauf des Kraftfahrzeugs mit dem Infrastrukturkühlmittelkreislauf lösbar zu koppeln. Mit anderen Worten kann das Energieübertragungskabel dazu verwendet werden, das Kraftfahrzeug und die Infrastruktureinrichtung elektrisch und thermisch miteinander zu koppeln. Zum elektrischen Koppeln der Fahrzeugbatterie mit der Elektrizitätseinrichtung umfasst das Energieübertragungskabel elektrische Leitungen, die vorzugsweise einen Gleichstrom (Direkt Current; DC) übertragen. Zum thermischen Koppeln des Kühlmittelkreislauf des Kraftfahrzeugs mit dem Infrastrukturkühlmittelkreislauf weist das Energieübertragungskabel zumindest eine Kühlmittelleitung auf, wobei vorzugsweise zumindest zwei Kühlmittelleitungen vorgesehen sind, die in jeweils entgegengesetzte Richtungen des Energieübertragungskabels von dem Kühlmittel durchströmbar sind. Das heißt, dass durch eine der zwei Kühlmittelleitungen das Kühlmittel von dem Infrastrukturkühlmittelkreislauf zu dem Kühlmittelkreislauf des Kraftfahrzeugs strömen kann und in der anderen Kühlleitung wieder zurück. Somit kann ein geschlossener Kreislauf zwischen dem Kraftfahrzeug und der Infrastruktureinrichtung erreicht werden. Besonders bevorzugt sind die elektrischen Leitungen und die zumindest eine Kühlmittelleitung in dem gleichen Kabelschlauch des Energieübertragungskabels nebeneinander angeordnet, wobei diese fluidisch voneinander getrennt sind. Vorzugsweise kann eine Übertragung von thermischer Energie, das heißt eine Übertragung von Wärme, zwischen den elektrischen Leitungen und der Kühlmittelleitung stattfinden, wodurch die elektrischen Leitungen bei einem Aufladevorgang der Fahrzeugbatterie und/oder einer Übertragung von elektrischer Energie von der Fahrzeugbatterie zu der Elektrizitätseinrichtung durch die Kühlmittelleitung gekühlt werden kann. Das ergibt den Vorteil, dass höhere Ströme aufgrund der Kühlung übermittelt werden können.
  • Zum Koppeln der Infrastruktureinrichtung mit dem Kraftfahrzeug kann das Energieübertragungskabel jeweilige Stecker aufweisen, wobei insbesondere die Kühlmittelleitung über eine Kühlmittelkupplung mit dem jeweiligen Kreislauf verbindbar ist, wobei vorzugsweise ein mechanischer Verschluss für die Kühlmittelkupplung vorgesehen ist, der dazu ausgebildet ist, bei Nichtverbinden die Kühlmittelleitung zu verschließen. Hierzu kann beispielsweise ein Rückschlagventil verwendet werden. Als Kühlmittel kann beispielsweise Wasser verwendet werden und/oder ein Wasser-Glykol-Gemisch, insbesondere Monoethylenglykol.
  • Ferner weist das System eine Steuervorrichtung auf, die dazu ausgebildet ist, die Übertragung der thermischen Energie und der elektrischen Energie über das gekoppelte Energieübertragungskabel gemäß einer Optimierungsstrategie zu steuern. Die Steuervorrichtung kann als Computer oder Mikrochip ausgebildet sein und beispielsweise in der Infrastruktureinrichtung, dem Kraftfahrzeug und/oder einer Rechnerwolke angeordnet sein. Die Steuervorrichtung kann vorzugsweise steuern, ob Strom zu der Fahrzeugbatterie oder von der Fahrzeugbatterie weg in die Elektrizitätseinrichtung, beispielsweise zurück in ein Stromnetz, eingespeist werden soll und/oder ob die thermische Energie, die über das Kühlmittel aufgenommen und über die Kühlmittelleitung weitertransportiert werden kann, zu dem Kraftfahrzeug und/oder zu der Infrastruktureinrichtung transportiert werden soll. Des Weiteren kann die Steuervorrichtung vorzugsweise steuern, ob das Energieübertragungskabel gekühlt werden soll, beispielsweise bei einem Aufladevorgang der Fahrzeugbatterie, wobei die Steuervorrichtung hierzu eine passende Kühlmitteltemperatur bereitstellen kann. Die Steuerung der Steuervorrichtung kann gemäß einer Optimierungsstrategie durchgeführt werden, wobei durch die Optimierungsstrategie ein Energieverbrauch, eine Kohlenstoffdioxidentstehung und/oder eine Kostenentstehung minimiert werden kann, indem elektrische und/oder thermische Energie an eine jeweils benötigte Stelle im geschlossenen Kühlmittelkreislauf zwischen dem Fahrzeug und der Infrastruktureinrichtung übermittelt werden kann.
  • Durch die Erfindung ergibt sich der Vorteil, dass ein einheitliches Thermomanagement effizienter ausgeregelt werden kann als mehrere separate. Hierdurch kann ein direkter Einfluss auf einen Wirkungsgrad des kompletten Systems ausgeübt werden. Insbesondere können Verlustleistungen zum Beispiel beim Laden und/oder beim Temperieren reduziert werden, was in einer Kostenersparnis resultiert. Ein weiterer Vorteil ist, dass höhere Ladeleistungen ausgetauscht werden können, da durch die Übertragung von thermischer Energie zwischen den elektrischen Leitungen und der zumindest einen Kühlmittelleitung in dem Energieübertragungskabel eine direkte Kühlung des Energieübertragungskabels und der Stecker des Energieübertragungskabels realisiert werden kann. Durch die aktive Kühlung des Energieübertragungskabels können die Energieübertragungskabel auch leichter ausgeführt werden, da Kabelquerschnitte nicht mehr so groß sein müssen wie bei ungekühlten Kabeln. Gleichzeitig kann ein derart konzipiertes Kabel länger ausgeführt sein, wodurch eine höhere Distanz überbrückt werden kann, sodass beispielsweise Kraftfahrzeuge nicht mehr in unmittelbarer Nähe zu einem Ladepunkt der Infrastruktureinrichtung, zum Beispiel einer DC-Wallbox, verortet sein müssen. Dadurch, dass das Kraftfahrzeug nicht nur elektrisch mit der Infrastruktureinrichtung interagiert, sondern auch thermisch, bilden die beiden Komponenten eine Leistungs-/Wärmekopplung. Hierdurch lassen sich verschiedenste Anwendungsfälle durch diese Symbiose optimieren, insbesondere mittels der Optimierungsstrategie.
  • Die Erfindung umfasst auch Ausführungsformen, durch die sich zusätzliche Vorteile ergeben.
  • Eine Ausführungsform sieht vor, dass das Energieübertragungskabel zumindest einen Temperatursensor aufweist, wobei die Steuervorrichtung dazu ausgebildet ist, eine Temperatur des Kühlmittels zum Kühlen des Energieübertragungskabels in Abhängigkeit von Messdaten des Temperatursensors bereitzustellen. Mit anderen Worten kann das Energieübertragungskabel einen oder vorzugsweise mehrere Temperatursensoren aufweisen, die eine Temperatur des Energieübertragungskabels messen. Insbesondere bei hohen Ladeströmen können sich die elektrischen Leitungen erwärmen. Aufgrund der Anordnung der Kühlmittelleitung in dem gleichen Kabelschlauch wie die elektrischen Leitungen kann dann in Abhängigkeit von den Messdaten des Temperatursensors die Steuervorrichtung das Kühlmittel durch die Kühlmittelleitung zum Kühlen des Energieübertragungskabels leiten, wobei vorzugsweise eine Temperatur des Kühlmittels eingestellt werden kann. Hierbei kann vorzugsweise das Kühlmittel von dem Infrastrukturkühlmittelkreislauf in die Kühlmittelleitung gepumpt werden. Durch diese Ausführungsform ergibt sich der Vorteil, dass das Energieübertragungskabel, insbesondere während eines Ladevorgangs, gekühlt werden kann, wodurch höhere Ströme übertragen werden können und/oder wodurch das Energieübertragungskabel länger ausgebildet werden kann.
  • Eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass die Steuervorrichtung über eine Kommunikationsschnittstelle mit der Infrastruktureinrichtung und dem Kraftfahrzeug verbunden ist, wobei die Kommunikationsschnittstelle drahtlos und/oder über das Energieübertragungskabel bereitgestellt ist, wobei die Kommunikationsschnittstelle zum Bereitstellen von elektrischen Sensordaten der Fahrzeugbatterie und/oder der Elektrizitätseinrichtung der Infrastruktureinrichtung und/oder von thermischen Sensordaten des Kühlmittelkreislaufs und/oder des Infrastrukturkühlmittelkreislaufs für die Steuervorrichtung zum Steuern der Übertragung der thermischen und/oder elektrischen Energie ausgebildet ist. Mit anderen Worten kann die Steuervorrichtung über eine Kommunikationsschnittstelle elektrische und/oder thermische Sensordaten von der Infrastruktureinrichtung und dem Kraftfahrzeug erhalten, mittels denen die Steuervorrichtung die Optimierungsstrategie umsetzen beziehungsweise steuern kann. Die Kommunikationsschnittstelle kann eine Datenschnittstelle sein, mittels der die Sensordaten drahtlos, beispielsweise über WLAN, Bluetooth und/oder einem Mobilkommunikationsstandard, und/oder kabelgebunden über das Energieübertragungskabel übermittelt werden können. Beispielsweise kann über die Kommunikationsschnittstelle geprüft werden, ob in dem Kraftfahrzeug oder der Infrastruktureinrichtung aktuell elektrische Energie benötigt wird und ob die Elektrizitätseinrichtung genug Energie aufweist, um diese zur Verfügung zu stellen. In einem Anwendungsfall kann auch vorgesehen sein, dass die Fahrzeugbatterie auf einen vorgegebenen Temperaturwert aufgeheizt werden soll, wobei über die Kommunikationsschnittstelle mitgeteilt werden kann, ob die Infrastruktureinrichtung über überschüssige Wärmeenergie verfügt, welche nicht für Komponenten der Infrastruktureinrichtung benötigt werden und somit zum Aufwärmen der Fahrzeugbatterie abgegeben werden können. Somit kann die Steuervorrichtung ermitteln, wie viel thermische Energie abgegeben werden kann, wobei die Steuervorrichtung vorzugsweise nur die thermische Energie abgibt, die nicht von der Infrastruktureinrichtung benötigt wird. Durch diese Ausführungsform ergibt sich der Vorteil, dass eine Optimierung der Übermittlung von thermischer und/oder elektrischer Energie verbessert durchgeführt werden kann.
  • Eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass die Steuervorrichtung dazu ausgebildet ist, vor einem Aufladen der Fahrzeugbatterie zu prüfen, ob die Fahrzeugbatterie sich in einem vorgegebenen Temperaturbereich befindet, und vor dem Laden der Fahrzeugbatterie die Fahrzeugbatterie des Kraftfahrzeugs durch Übertragung von thermischer Energie mittels der Kühlmittelleitung in den vorgegebenen Temperaturbereich zu temperieren, falls sich die Fahrzeugbatterie nicht in dem vorgegebenen Temperaturbereich befindet. Mit anderen Worten kann die Steuervorrichtung die Fahrzeugbatterie über die Kühlmittelleitung des angeschlossenen Energieübertragungskabels aufwärmen und/oder abkühlen. Hierzu kann der Infrastruktureinrichtung entweder Wärme entzogen werden, um damit die Fahrzeugbatterie in den vorgegebenen Temperaturbereich aufzuheizen oder der Fahrzeugbatterie kann Wärme entzogen werden, um damit die Fahrzeugbatterie zu kühlen und der Infrastruktureinrichtung Wärme bereitzustellen. Insbesondere vor einem Laden der Fahrzeugbatterie kann vorzugsweise vorgesehen sein, dass die Fahrzeugbatterie in dem vorgegebenen Temperaturbereich, in dem ein Ladevorgang am effizientesten ist, aufgeheizt wird. Befindet sich die Fahrzeugbatterie in dem vorgegebenen Temperaturbereich, kann mit dem elektrischen Laden begonnen werden, wobei während des Ladens vorzugsweise die Temperatur der Fahrzeugbatterie durch die Steuervorrichtung gemäß der Optimierungsstrategie geregelt wird, sodass die Fahrzeugbatterie in dem vorgegebenen Temperaturbereich bleibt. Alternativ oder zusätzlich kann die Fahrzeugbatterie bei einer zu hohen Temperatur in dem vorgegebenen Temperaturbereich abgekühlt werden, bevor mit dem Aufladevorgang begonnen wird. Der vorgegebene Temperaturbereich kann vorzugsweise ein Bereich zwischen 20 bis 40 Grad Celsius, insbesondere 20 bis 30 Grad Celsius, sein. Durch diese Ausführungsform ergibt sich der Vorteil, dass die Fahrzeugbatterie vor dem Laden in einen effizienten Betriebsbereich gebracht werden kann, was Energie einspart und eine Effizienz erhöht.
  • In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Steuervorrichtung dazu ausgebildet ist, vor und/oder nach einem Betrieb des Kraftfahrzeugs und bei Kopplung durch das Energieübertragungskabel zu prüfen, ob die Fahrzeugbatterie sich in einem vorgegebenen Temperaturbereich befindet, und die Fahrzeugbatterie vor und/oder nach dem Betrieb des Kraftfahrzeugs in dem vorgegebenen Temperaturbereich zu temperieren, falls sich die Fahrzeugbatterie nicht in dem vorgegebenen Temperaturbereich befindet. Mit anderen Worten kann die Steuervorrichtung prüfen, ob ein Betrieb des Kraftfahrzeugs bevorsteht und über die Kühlmittelleitung thermische Energie zu der Fahrzeugbatterie oder von der Fahrzeugbatterie weg zu übertragen, falls sich die Fahrzeugbatterie vor und/oder nach dem Betrieb des Kraftfahrzeugs nicht in dem vorgegebenen Temperaturbereich befindet. Vorzugsweise ist der vorgegebene Temperaturbereich für einen effizienten Betrieb der Fahrzeugbatterie zwischen 20 bis 40 Grad Celsius. Ob ein Betrieb des Kraftfahrzeugs bevorsteht, kann beispielsweise über eine manuelle Eingabe und/oder einen geplanten Termin und/oder eine Verhaltensweise eines Benutzers bestimmt werden. Alternativ oder zusätzlich kann die Steuervorrichtung auch nach einem Betrieb des Kraftfahrzeugs die Temperatur der Fahrzeugbatterie in den vorgegebenen Temperaturbereich überführen, wobei nach einem Betrieb des Kraftfahrzeugs insbesondere eine Abkühlung der Fahrzeugbatterie stattfinden kann. Die von der Kühlung der Fahrzeugbatterie erhaltene thermische Energie kann vorzugsweise der Infrastruktureinrichtung, insbesondere einem Brauchwasser der Infrastruktureinrichtung, zugeführt werden. Durch diese Ausführungsform ergibt sich der Vorteil, dass die Fahrzeugbatterie und somit das Kraftfahrzeug in einem effizienten Temperaturbereich betrieben werden kann, was eine Energieeffizienz erhöht.
  • Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Steuervorrichtung dazu ausgebildet ist, einen geplanten Betrieb des Kraftfahrzeugs mittels eines digitalen Assistenten und/oder aus vorbestimmten Verhaltensdaten zu bestimmen. Ein digitaler Assistent kann beispielsweise eine Kalenderfunktion umfassen, durch die die Steuervorrichtung automatisiert erkennen kann, wann ein Benutzer Termine hat, für die er das Kraftfahrzeug benutzt. Alternativ oder zusätzlich kann die Steuervorrichtung auch aus vorbestimmten Verhaltensdaten, die vorzugsweise durch eine künstliche Intelligenz, insbesondere ein neuronales Netz, ermittelt werden können, ein Verhalten eines Benutzers erkennen. So können die Verhaltensdaten wiederkehrende Ereignisse oder Gewohnheiten bereitstellen, um zu ermitteln, wann das Kraftfahrzeug üblicherweise genutzt wird. So können die Verhaltensdaten beispielsweise umfassen, dass ein Benutzer unter der Woche morgens zu einer vorgegebenen Uhrzeit zur Arbeit fährt. Somit kann die Steuervorrichtung die Fahrzeugbatterie zu der vorbestimmten Uhrzeit in den vorgegebenen Temperaturbereich bringen.
  • Eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass die Elektrizitätseinrichtung der Infrastruktureinrichtung ein Stromnetz und/oder eine Infrastrukturspeicherbatterie und/oder eine Stromerzeugungseinrichtung der Infrastruktureinrichtung, insbesondere ein Solarmodul, ist. So kann das Kraftfahrzeug beispielsweise an ein Stromnetz der Infrastruktureinrichtung angeschlossen werden und/oder an eine Infrastrukturspeicherbatterie, in der elektrische Energie gespeichert werden kann. Alternativ oder zusätzlich kann die Infrastruktureinrichtung eine Stromerzeugungseinrichtung, beispielsweise ein Solarmodul oder eine Windkraftanlage, aufweisen, um elektrische Energie bereitzustellen. Durch diese Ausführungsform ergibt sich der Vorteil, dass die Fahrzeugbatterie über die Infrastruktureinrichtung aufgeladen werden kann und/oder elektrische Energie von der Fahrzeugbatterie in die Elektrizitätseinrichtung der Infrastruktureinrichtung eingespeist werden kann.
  • Eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass die Infrastruktureinrichtung ein Gebäude ist, das einen Wärmetauscher aufweist, wobei der Wärmetauscher dazu ausgebildet ist, thermische Energie zwischen dem Infrastrukturkreislauf und einem Brauchwasser des Gebäudes zu übertragen. Unter Brauchwasser ist hierbei Wasser, insbesondere auch Trinkwasser, zu verstehen, das in Gebäude für sanitäre Anlagen und/oder Wasseranschlüsse und/oder Heizungen verwendet werden kann. Durch diese Ausführungsform ergibt sich der Vorteil, dass thermische Energie, die von dem Kraftfahrzeug über das Energieübertragungskabel an das Gebäude geleitet werden kann, effizient für weitere Anwendungen verwendet werden kann. Alternativ oder zusätzlich kann auch in umgekehrter Richtung über den Wärmetauscher nicht benötigte thermische Energie des Brauchwassers an den Infrastrukturkühlmittelkreislauf abgegeben werden, um somit das Kraftfahrzeug, insbesondere die Fahrzeugbatterie, zu erwärmen. Durch diese Ausführungsform ergibt sich der Vorteil, dass die thermische Energie effizient genutzt werden kann, insbesondere dort, wo sie gemäß der Optimierungsstrategie aktuell benötigt wird.
  • Eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass in dem Energieübertragungskabel die elektrischen Leitungen von der zumindest einen Kühlmittelleitung ummantelt sind. Mit anderen Worten können die elektrischen Leitungen innerhalb eines Schlauchs der Kühlmittelleitung verlaufen. Vorzugsweise sind die elektrischen Leitungen dabei fluidisch von dem Kühlmittel in der Kühlmittelleitung getrennt beziehungsweise isoliert. Durch diese Ausführungsform ergibt sich der Vorteil, dass eine verbesserte Übertragung von thermischer Energie von den elektrischen Leitungen auf die zumindest eine Kühlmittelleitung bereitgestellt werden kann, wodurch das Energieübertragungskabel verbessert gekühlt werden kann.
  • Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Übertragen von thermischer und elektrischer Energie, wobei ein Kraftfahrzeug, das eine Fahrzeugbatterie und einen Kühlmittelkreislauf zum Kühlen der Fahrzeugbatterie umfasst, über ein Energieübertragungskabel mit einer Infrastruktureinrichtung, die eine Elektrizitätseinrichtung und einen Infrastrukturkühlmittelkreislauf umfasst, thermisch und elektrisch gekoppelt wird, wobei das Energieübertragungskabel elektrische Leitungen zum Übertragen der elektrischen Energie zwischen der Fahrzeugbatterie und der Elektrizitätseinrichtung und zumindest eine Kühlmittelleitung zum Übertragen der thermischen Energie zwischen dem Kühlmittelkreislauf und dem Infrastrukturkühlmittelkreislauf mittels eines Kühlmittels aufweist, wobei die elektrischen Leitungen und die zumindest eine Kühlmittelleitung zusammen in einem Kabelschlauch des Energieübertragungskabels derart zueinander angeordnet sind, dass eine Übertragung von thermischer Energie zwischen den elektrischen Leitungen und der zumindest einen Kühlmittelleitung durchgeführt wird, wobei durch eine Steuervorrichtung die Übertragung der thermischen Energie und der elektrischen Energie über das gekoppelte Energieübertragungskabel gemäß einer Optimierungsstrategie gesteuert wird. Mit anderen Worten kann ein Verfahren zum Übertragen von thermischer und elektrischer Energie für ein System nach einem der vorhergehenden Ausführungsformen durchgeführt werden. Hierbei ergeben sich gleiche Vorteile und Variationsmöglichkeiten wie bei dem System.
  • Zu der Erfindung gehört auch die Steuervorrichtung für das System. Die Steuervorrichtung kann eine Datenverarbeitungsvorrichtung oder eine Prozessoreinrichtung aufweisen, die dazu eingerichtet ist, eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens durchzuführen. Die Prozessoreinrichtung kann hierzu zumindest einen Mikroprozessor und/oder zumindest einen Mikrocontroller und/oder zumindest einen FPGA (Field Programmable Gate Array) und/oder zumindest einen DSP (Digital Signal Processor) aufweisen. Des Weiteren kann die Prozessoreinrichtung Programmcode aufweisen, der dazu eingerichtet ist, bei Ausführen durch die Prozessoreinrichtung die Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens durchzuführen. Der Programmcode kann in einem Datenspeicher der Prozessoreinrichtung gespeichert sein.
  • Zu der Erfindung gehören auch Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens, die Merkmale aufweisen, wie sie bereits im Zusammenhang mit den Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Systems beschrieben worden sind. Aus diesem Grund sind die entsprechenden Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens hier nicht noch einmal beschrieben.
  • Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug ist bevorzugt als Kraftwagen, insbesondere als Personenkraftwagen oder Lastkraftwagen, oder als Personenbus oder Motorrad ausgestaltet.
  • Die Erfindung umfasst auch die Kombinationen der Merkmale der beschriebenen Ausführungsformen. Die Erfindung umfasst also auch Realisierungen, die jeweils eine Kombination der Merkmale mehrerer der beschriebenen Ausführungsformen aufweisen, sofern die Ausführungsformen nicht als sich gegenseitig ausschließend beschrieben wurden.
  • Im Folgenden sind Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben. Hierzu zeigt:
    • 1 ein schematisch dargestelltes System zum Übertragen von thermischer und elektrischer Energie;
    • 2 ein schematisch dargestelltes Energieübertragungskabel gemäß einer beispielhaften Ausführungsform;
    • 3 ein schematisch dargestellter Ladepunkt gemäß einer beispielhaften Ausführungsform.
  • Bei den im Folgenden erläuterten Ausführungsbeispielen handelt es sich um bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung. Bei den Ausführungsbeispielen stellen die beschriebenen Komponenten der Ausführungsformen jeweils einzelne, unabhängig voneinander zu betrachtende Merkmale der Erfindung dar, welche die Erfindung jeweils auch unabhängig voneinander weiterbilden. Daher soll die Offenbarung auch andere als die dargestellten Kombinationen der Merkmale der Ausführungsformen umfassen. Des Weiteren sind die beschriebenen Ausführungsformen auch durch weitere der bereits beschriebenen Merkmale der Erfindung ergänzbar.
  • In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen jeweils funktionsgleiche Elemente.
  • In 1 ist ein schematisches System 10 zum Übertragen von thermischer und elektrischer Energie gemäß einer beispielhaften Ausführungsform dargestellt. Das System 10 kann zumindest eine Infrastruktureinrichtung 12, ein elektrisch betreibbares Kraftfahrzeug 14 und ein Energieübertragungskabel 16 aufweisen, mittels dem die Infrastruktureinrichtung 12 und das Kraftfahrzeug 14 elektrisch und thermisch gekoppelt werden können. Die Infrastruktureinrichtung 12 kann in diesem Ausführungsbeispiel ein Gebäude 12 sein.
  • Das Gebäude 12 weist zumindest einen Infrastrukturkühlmittelkreislauf 18 und eine Elektrizitätseinrichtung 20 auf, wobei die Elektrizitätseinrichtung 20 beispielsweise ein Stromnetz 22, eine Infrastrukturspeicherbatterie 24 und/oder eine Stromerzeugungseinrichtung 26 umfassen kann. Die Stromerzeugungseinrichtung 26 kann insbesondere ein Solarmodul sein, mittels dem der Kühlmittel im Infrastrukturkühlmittelkreislauf 18 erwärmt werden kann. Alternativ oder zusätzlich kann mittels der als Solarmodul ausgebildeten Stromerzeugungseinrichtung 26 Strom gewonnen werden, der beispielsweise in das Stromnetz 22 und/oder die Infrastrukturspeicherbatterie 24 und/oder das Kraftfahrzeug 14 eingespeist werden kann. Des Weiteren kann das Gebäude einen Wärmetauscher 28 aufweisen, der dazu ausgebildet ist, thermische Energie von dem Infrastrukturkühlmittelkreislauf 18 zu einem Brauchwasser 30 des Gebäudes 12 zu übertragen oder die thermische Energie von dem Brauchwasser 30 an den Infrastrukturkühlmittelkreislauf 18 abzugeben. Beispielsweise kann Kühlmittel des Infrastrukturkühlmittelkreislaufs 18 von den Solarmodulen aufgeheizt werden, wobei diese thermische Energie durch den Wärmetauscher 28 an das Brauchwasser 30 übertragen werden kann. Mit Brauchwasser 30 ist das Wasser für das Gebäude 12 gemeint, das beispielsweise für Heizungen und/oder Duschen und/oder Wasserhähne genutzt werden kann.
  • Für die Übertragung der thermischen und/oder elektrischen Energie zum Kraftfahrzeug 14, ist das Energieübertragungskabel 16 vorgesehen, wobei dafür das Gebäude 12 einen Ladepunkt 34 aufweisen kann. Der Ladepunkt 34 dient als gleichzeitiger Zugangspunkt für den Kühlmittelaustausch und damit der thermischen Energie und für die elektrische Energie. An den Ladepunkt kann das Energieübertragungskabel 16 angeschlossen werden, wobei das Energieübertragungskabel 16 neben elektrischen Leitungen auch zumindest eine Kühlmittelleitung aufweist, die in einem gleichen Kabelschlauch wie die elektrischen Leitungen angeordnet ist, sodass zusätzlich zur Übertragung von thermischer Energie zum Kraftfahrzeug oder vom Kraftfahrzeug weg auch das Energieübertragungskabel 16 gekühlt werden kann. Insbesondere kann das Energieübertragungskabel 16 zusätzlich dazu ausgebildet sein, ein DC-Laden des Kraftfahrzeugs 14 zu ermöglichen.
  • Das Kraftfahrzeug 14 weist vorzugsweise eine Fahrzeugladedose 36 auf, die analog zu dem Ladepunkt 34 des Gebäudes 12 ausgebildet ist und somit die Kopplung des Energieübertragungskabels 16 mit dem Kraftfahrzeug 14 ermöglicht. Das Kraftfahrzeug 14, das elektrisches Fahrzeug ausgebildet ist, weist zumindest eine Fahrzeugbatterie 38 und einen Kühlmittelkreislauf 40 auf, wobei der Kühlmittelkreislauf 40 im Kraftfahrzeug 14 dazu ausgebildet ist, die Fahrzeugbatterie 38 zu kühlen und/oder zu wärmen. Die Fahrzeugladedose 36 ist hierfür mit dem Kühlmittelkreislauf des Kraftfahrzeugs 14 verbunden. Als Kühlmittel kann vorzugsweise ein Gemisch aus mehreren Substanzen, insbesondere ein Wassermonoethylenglykol mit Zusätzen verwendet werden.
  • Das Energieübertragungskabel 16 ist vorzugsweise lösbar mit dem Ladepunkt 34 des Gebäudes 12 und der Fahrzeugladedose 36 koppelbar, wobei hierfür ein Steckverbinder 42 beziehungsweise Ladestecker 42 verwendet werden kann, der in diesem Ausführungsbeispiel als CCS2-Stecker ausgebildet ist.
  • Eine Einstellung und/oder Regelung des Systems 10 kann durch eine Steuervorrichtung 32 durchgeführt werden, die eine Übertragung von thermischer und/oder elektrischer Energie zwischen dem Gebäude 12 und dem Kraftfahrzeug 14 gemäß einer Optimierungsstrategie steuert. Hierzu kann die Steuervorrichtung 32 als Computer ausgebildet sein, und die Optimierungsstrategie kann ein Bestimmen umfassen, wo thermische und/oder elektrische Energie abgegeben werden kann, wobei die abzugebende Energie dann dorthin übertragen werden kann wo sie gebraucht wird.
  • Vorzugsweise verfügt das System 10 dazu über eine Kommunikationsschnittstelle 44, die die Steuervorrichtung 32 mit Sensoren des Gebäudes 12 und Fahrzeugsensoren des Kraftfahrzeugs 14 verbindet, um die Optimierungsstrategie basierend auf bereitgestellten Messwerten von elektrischen und/oder thermischen Sensordaten durchzuführen. Die Kommunikationsschnittstelle 44 kann beispielsweise drahtlos ausgebildet sein und/oder über das Energieübertragungskabel 16 bereitgestellt sein.
  • In 2 ist das Energieübertragungskabel 16 in einem schematischen Durchschnitt gemäß einer beispielhaften Ausführungsform dargestellt. In dieser Ausführungsform kann das Energieübertragungskabel 16 mit den jeweiligen Ladesteckern 42 über den Ladepunkt 34 und der Fahrzeugladedose 36 mit dem Gebäude 12 und dem Kraftfahrzeug 14 gekoppelt sein.
  • Das Energieübertragungskabel 16 umfasst elektrische Leitungen 46, insbesondere eine HV-Leitung und eine HV+-Leitung, zum Übertragen von elektrischer Energie von dem Gebäude 12 zu dem Kraftfahrzeug 14 oder von dem Kraftfahrzeug 14 in das Gebäude 12. Des Weiteren weist das Energieübertragungskabel 16 in diesem Ausführungsbeispiel zwei Kühlmittelleitungen 48 auf, wobei vorzugsweise eine Kühlmittelleitung Kühlmittel in Richtung der Fahrzeugladedose 36 strömt und die andere Kühlmittelleitung das Kühlmittel zurück von dem Kraftfahrzeug 14 zu dem Ladepunkt 34. Vorzugsweise sind die elektrischen Leitungen 46 und die Kühlmittelleitungen 48 in einem gleichen Kabelschlauch des Energieübertragungskabels 16 angeordnet, wobei die elektrischen Leitungen 46 besonders bevorzugt von den jeweiligen Kühlmittelleitungen 48 ummantelt sein können, so dass eine Kühlung der elektrischen Leitungen 46 durch das Kühlmittel in den Kühlmittelleitungen 48 erreicht werden kann.
  • Hierbei kann vorzugsweise vorgesehen sein, dass die elektrischen Leitungen 46 fluidisch von dem Kühlmittel isoliert sind und gleichzeitig einen Wärmeübertrag zulassen. Hierfür können die elektrischen Leitungen 46 beispielsweise in einem Kunststoff- beziehungsweise Gummischlauch verlaufen.
  • Des Weiteren weist das Energieübertragungskabel 16 einen oder mehrere Temperatursensoren 50 auf, die der Steuervorrichtung 32 Messdaten einer Temperatur im Energieübertragungskabel 16 übermitteln können. Somit kann die Steuervorrichtung 32 in Abhängigkeit von den Messdaten der Temperatursensoren 50 eine Temperatur des Kühlmittels zum Kühlen des Energieübertragungskabels 16 steuern. In diesem Ausführungsbeispiel kann die Kommunikationsschnittstelle 44 über das Energieübertragungskabel 16 verlaufen, wobei somit eine Verbindung zwischen der Steuervorrichtung 32 und einem Steuergerät 52 des Kraftfahrzeugs 14 und/oder der Fahrzeugbatterie 38 hergestellt werden kann, sodass Sensordaten des Kraftfahrzeugs 14 an die Steuervorrichtung 32 übermittelt werden können.
  • Die Ladestecker 42 weisen vorzugsweise jeweilige elektrische Kontakte 54 für die elektrischen Leitungen 46 auf, mittels denen die elektrischen Leitungen 46 mit der Fahrzeugladedose 36 und dem Ladepunkt 34 verbunden werden können. Für die Kühlmittelleitungen 48 sind in den Ladesteckern 42 vorzugsweise jeweilige Kühlmittelkupplungen 56 vorgesehen, die mechanisch geschlossen werden können, wenn das Energieübertragungskabel 16 nicht angesteckt ist. Dazu können die Kühlmittelkupplungen 56 beispielsweise mithilfe eines Rückschlagventils geschlossen werden, sodass ein Austreten des Kühlmittels weder am Energieübertragungskabel 16 noch am Kraftfahrzeug 14 stattfindet, falls das Energieübertragungskabel 16 nicht angeschlossen ist.
  • In 3 ist eine schematische Darstellung des Ladepunkts 34 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform gezeigt, wobei der Ladepunkt 34 in diesem Beispiel ein CCS2-Stecker ist, wobei auch weitere Steckertypen verwendet werden können. Neben den üblichen elektrischen Kontakten 54 weist der Ladepunkt 34 zusätzlich einen Wassereinlass 58 und einen Wasserauslass 60 für das Kühlmittel auf, um das Kühlmittel über die Kühlmittelleitungen 48 des Energieübertragungskabels 16 einzuleiten beziehungsweise auszuleiten. Des Weiteren kann der Ladepunkt 34 einen Anschluss für die Kommunikationsschnittstelle 44 aufweisen, mittels dem die Steuervorrichtung 32 Sensordaten des Kraftfahrzeugs 14 und/oder Messdaten der Temperatursensoren 50 erhalten kann.
  • Im Nachfolgenden werden zusammen mit den 1 bis 3 beispielhafte Situationen zum Durchführen der Optimierungsstrategie durch die Steuervorrichtung 32 erläutert. Wird das Kraftfahrzeug 14 zum Laden angesteckt, da beispielsweise die Fahrzeugbatterie 38 leer ist, kann die Steuervorrichtung 32 zunächst überprüfen, ob die Fahrzeugbatterie 38 sich in einem vorgegeben Temperaturbereich befindet, der für den Ladevorgang optimal ist, wobei der vorgegebene Temperaturbereich beispielsweise zwischen 20 und 30 °Celsius sein kann. Ist die Fahrzeugbatterie 38 nicht im vorgegebenen Temperaturbereich sondern darunter, kann geprüft werden, ob das Brauchwasser 30 des Gebäudes 12 einem vorgegebenen idealen Betriebspunkt aufweist und ob thermische Energie vom Brauchwasser 30 abgegeben werden kann. Erkennt beispielsweise die Steuervorrichtung 32, dass die Fahrzeugbatterie 38 zu kalt ist, um effizient zu laden und verfügt das Gebäude 12 gleichzeitig über überschüssige Wärmeenergie, welche gerade nicht für Komfortfunktionen im Gebäude 12 benötigt werden, zum Beispiel Duschen oder Kochen, kann über die Kommunikationsschnittstelle 44 ein Abgleich stattfinden, wie viel Wärme an das Kraftfahrzeug 14 abgegeben werden kann.
  • Die Ermittlung der Energie, welche zur Verfügung gestellt werden kann, kann hierbei unter Berücksichtigung mehrerer verschiedener Inputgrößen und Daten stattfinden. Beispielsweise können Historiendaten des Gebäudes 12 und des Kraftfahrzeugs 14 mit einbezogen werden, wobei Historiendaten vorbestimmte Verhaltensdaten eines Benutzers sein können. Zum Beispiel kann berücksichtigt werden, wie viel Energie, insbesondere thermische Energie, unter welchen Einflüssen benötigt werden, wobei die Einflüsse beispielweise eine Tageszeit und/oder Jahreszeit umfassen können. Auch kann ein prognostizierter Abfahrtszeitpunkt berücksichtigt werden, beispielsweise mittels eines digitalen Assistenten eines Benutzers und/oder aus den vorbestimmten Verhaltensdaten des Benutzers. Auch kann berücksichtigt werden, wann in der Regel höhere thermische Energie im Gebäude 12 benötigt wird und wie weit die Strecke ist, die durch das Kraftfahrzeug 14 zurückgelegt wird.
  • Wird festgestellt, dass thermische Energie von dem Gebäude 12 zum Aufwärmen der Fahrzeugbatterie 38 in den vorgegebenen Temperaturbereich abgegeben werden kann, kann der Austausch der thermischen Energie starten. Dafür können sich die Kühlmittelkupplungen 56 an dem Gebäude 12 und am Kraftfahrzeug 14 öffnen, sodass ein Kühlmitteltransport vom Gebäude 12 zum Kraftfahrzeug 14 und wieder zurück stattfinden kann. Die Zirkulation beziehungsweise der Kühlmittelfluss kann hierbei durch bereits vorhandene Pumpen (nicht gezeigt) im Gebäude 12 und/oder im Kraftfahrzeug 14 stattfinden. Vorzugsweise wird zunächst die Fahrzeugbatterie 38 mit thermischer Energie, insbesondere erwärmtem Kühlmittel, des Gebäudes 12 auf einen vorgegebenen Temperaturbereich gebracht, indem eine kontinuierliche Kühlmittelzirkulation mit aufgewärmtem Kühlmittel zwischen dem Kühlmittelkreislauf 40 und dem Infrastrukturkühlmittelkreislauf 18 stattfindet.
  • Wenn die Fahrzeugbatterie 38 in den vorgegebenen Temperaturbereich aufgewärmt ist, kann dann die Steuervorrichtung 32 mit der Übertragung der elektrischen Energie vom Gebäude 12 zu der Fahrzeugbatterie 38 starten. Somit kann der Energieübertrag mit einem wesentlich höheren Wirkungsgrad stattfinden, als wenn das Kraftfahrzeug 14 selbst die Temperaturen der Fahrzeugbatterie 38 in den vorgegebenen Temperaturbereich bringen müsste. So können nicht nur Zeit, sondern auch Energieressourcen während des Aufladevorgangs eingespart werden. Im weiteren Verlauf können die Temperaturen kontinuierlich ermittelt werden und an die Gegebenheiten angepasst werden. So kann durch einen Ladevorgang beispielsweise eine Temperatur der Fahrzeugbatterie 38 und/oder des Energieübertragungskabels 16 steigen, wobei die Steuervorrichtung 32 dann die Temperatur des Kühlmittels entsprechend regeln kann, sodass zumindest die Fahrzeugbatterie 38 und vorzugsweise das Energieübertragungskabel 16 sich im vorgegebenen Temperaturbereich befinden.
  • Ein weiterer beispielhafter Anwendungsfall des Systems 10 ist die Übertragung von hohen Leistungen zwischen dem Gebäude 12 und dem Kraftfahrzeug 14, beispielweise bei Leistungen von über 100 Kilowatt. Hierzu ist eine aktive Kühlung des Energieübertragungskabels 16 vorteilhaft, da sonst thermische Schäden eintreten können. Dazu wird während des Ladevorgangs die Temperatur im Energieübertragungskabel 16 mittels der Temperatursensoren 50 überwacht. Ist die Temperatur im Energieübertragungskabel 16 zu hoch, kann Kühlmittel zum Kühlen des Energieübertragungskabels 16 zwischen dem Kraftfahrzeug 14 und dem Gebäude 12 zirkulieren, um damit das Energieübertragungskabel, aber auch bei Bedarf die Fahrzeugbatterie 38, zu kühlen. Eine Abwärme des zirkulierenden Kühlmittels kann wiederum im Wärmetauscher 28 des Gebäudes 12 an das Brauchwasser 30 übergeben werden. Auch hierbei kann Energie eingespart werden, um die Fahrzeugbatterie 38 im Kraftfahrzeug 14 zu kühlen und die angeführte thermische Energie kann im Gebäude 12 weiterverwendet werden.
  • In einem weiteren beispielhaften Anwendungsfall kann das Kraftfahrzeug 14, welches zuvor eine gewisse Strecke zurückgelegt hat, im Anschluss nach Kopplung mit dem Energieübertragungskabel 16 als Wärmequelle für das Gebäude 12 dienen. Da die Fahrzeugbatterie 38 noch sehr lange Wärme abgeben kann, kann mit dieser Wärme wiederum über den Wärmetauscher 28 das Brauchwasser 30 des Gebäudes 12 erwärmt werden, sodass keine thermische Energie ungenutzt in die Umgebung verloren geht.
  • Insgesamt zeigen die Beispiele, wie durch die Erfindung ein bidirektionaler Flüssigkeitsaustausch zwischen einem Kraftfahrzeug 14 und einer Infrastruktur 12 zur Realisierung eines gesamtheitlichen Thermomanagements bereitgestellt werden kann.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102016124491 A1 [0004]
    • DE 102009032458 A1 [0005]
    • DE 102019114765 B3 [0006]

Claims (10)

  1. System (10) zum Übertragen von thermischer und elektrischer Energie, mit einer Infrastruktureinrichtung (12), einem elektrisch betreibbaren Kraftfahrzeug (14) und einem Energieübertragungskabel (16), - wobei das Kraftfahrzeug (14) eine Fahrzeugbatterie (38) und einen Kühlmittelkreislauf (40) zum Kühlen der Fahrzeugbatterie (38) umfasst; - wobei die Infrastruktureinrichtung (12) eine Elektrizitätseinrichtung (20) und einen Infrastrukturkühlmittelkreislauf (18) umfasst; - wobei das Energieübertragungskabel (16) elektrische Leitungen (46) zum Übertragen der elektrischen Energie und zumindest eine Kühlmitteleitung (48) zum Übertragen der thermischen Energie mittels eines Kühlmittels aufweist, wobei die elektrischen Leitungen (46) und die zumindest eine Kühlmittelleitung (48) zusammen in einem Kabelschlauch des Energieübertragungskabels (16) derart zueinander angeordnet sind, dass eine Übertragung von thermischer Energie zwischen den elektrischen Leitungen (46) und der zumindest einen Kühlmittelleitung (48) bereitgestellt ist; - wobei das Energieübertragungskabel (16) dazu ausgebildet ist, die Fahrzeugbatterie (38) des Kraftfahrzeugs (14) mit der Elektrizitätseinrichtung (22) der Infrastruktureinrichtung (12) und den Kühlmittelkreislauf (40) des Kraftfahrzeugs (14) mit dem Infrastrukturkühlmittelkreislauf (18) lösbar zu koppeln; - wobei das System (10) ferner eine Steuervorrichtung (32) aufweist, die dazu ausgebildet ist, die Übertragung der thermischen Energie und der elektrischen Energie über das gekoppelte Energieübertragungskabel (16) gemäß einer Optimierungsstrategie zu steuern.
  2. System (10) nach Anspruch 1, wobei das Energieübertragungskabel (16) zumindest einen Temperatursensor (50) aufweist, wobei die Steuervorrichtung (32) dazu ausgebildet ist, eine Temperatur des Kühlmittels zum Kühlen des Energieübertragungskabels (16) in Abhängigkeit von Messdaten des Temperatursensors (50) bereitzustellen.
  3. System (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steuervorrichtung (32) über eine Kommunikationsschnittstelle (44) mit der Infrastruktureinrichtung (12) und dem Kraftfahrzeug (14) verbunden ist, wobei die Kommunikationsschnittstelle (44) drahtlos und/oder über das Energieübertragungskabel (16) bereitgestellt ist, wobei die Kommunikationsschnittstelle (44) zum Bereitstellen von elektrischen Sensordaten der Fahrzeugbatterie (38) und/oder der Elektrizitätseinrichtung (20) der Infrastruktureinrichtung (12) und/oder von thermischen Sensordaten des Kühlmittelkreislaufs (40) und/oder des Infrastrukturkühlmittelkreislaufs (18) für die Steuervorrichtung (32) zum Steuern der Übertragung der thermischen und/oder elektrischen Energie ausgebildet ist.
  4. System (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steuervorrichtung (32) dazu ausgebildet ist, vor einem Aufladen der Fahrzeugbatterie (38) zu prüfen, ob die Fahrzeugbatterie (38) sich in einem vorgegebenen Temperaturbereich befindet, und vor dem Laden der Fahrzeugbatterie (38) die Fahrzeugbatterie (38) des Kraftfahrzeugs (14) durch Übertragung von thermischer Energie mittels der Kühlmittelleitung (48) in den vorgegebenen Temperaturbereich zu temperieren, falls sich die Fahrzeugbatterie (38) nicht in dem vorgegebenen Temperaturbereich befindet.
  5. System (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steuervorrichtung (32) dazu ausgebildet ist, vor und/oder nach einem Betrieb des Kraftfahrzeugs (14) und bei Koppelung durch das Energieübertragungskabel (16) zu prüfen, ob die Fahrzeugbatterie (38) sich in einem vorgegebenen Temperaturbereich befindet, und die Fahrzeugbatterie (38) vor und/oder nach dem Betrieb des Kraftfahrzeugs (14) in den vorgegebenen Temperaturbereich zu temperieren, falls sich die Fahrzeugbatterie (38) nicht in dem vorgegebenen Temperaturbereich befindet.
  6. System (10) nach Anspruch 5, wobei die Steuervorrichtung (32) dazu ausgebildet ist, einen geplanten Betrieb des Kraftfahrzeugs (14) mittels eines digitalen Assistenten und/oder aus vorbestimmten Verhaltensdaten zu bestimmen.
  7. System (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Elektrizitätseinrichtung (20) der Infrastruktureinrichtung (12) ein Stromnetz (22) und/oder eine Infrastrukturspeicherbatterie (24) und/oder eine Stromerzeugungseinrichtung (26) der Infrastruktureinrichtung (12), insbesondere ein Solarmodul, ist.
  8. System (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Infrastruktureinrichtung (12) ein Gebäude ist, das einen Wärmetauscher (28) aufweist, wobei der Wärmetauscher (28) dazu ausgebildet ist, thermische Energie zwischen dem Infrastrukturkühlmittelkreislauf (18) und einem Brauchwasser (30) des Gebäudes zu übertragen.
  9. System (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in dem Energieübertragungskabel (16) die elektrischen Leitungen (46) von der zumindest einen Kühlmittelleitung (48) ummantelt sind.
  10. Verfahren zum Übertragen von thermischer und elektrischer Energie, wobei ein Kraftfahrzeug (14), das eine Fahrzeugbatterie (38) und einen Kühlmittelkreislauf (40) zum Kühlen der Fahrzeugbatterie (38) umfasst, über ein Energieübertragungskabel (16) mit einer Infrastruktureinrichtung (12), die eine Elektrizitätseinrichtung (20) und einen Infrastrukturkühlmittelkreislauf (18) umfasst, thermisch und elektrisch gekoppelt wird, wobei das Energieübertragungskabel (16) elektrische Leitungen (46) zum Übertragen der elektrischen Energie zwischen der Fahrzeugbatterie (38) und der Elektrizitätseinrichtung (20) und zumindest eine Kühlmittelleitung (48) zum Übertragen der thermischen Energie zwischen dem Kühlmittelkreislauf (40) und dem Infrastrukturkühlmittelkreislauf (18) mittels eines Kühlmittels aufweist, wobei die elektrischen Leitungen (46) und die zumindest eine Kühlmittelleitung (48) zusammen in einem Kabelschlauch des Energieübertragungskabels (16) derart zueinander angeordnet sind, dass eine Übertragung von thermischer Energie zwischen den elektrischen Leitungen (46) und der zumindest einen Kühlmittelleitung (48) durchgeführt wird, wobei durch eine Steuervorrichtung (32) die Übertragung der thermischen Energie und der elektrischen Energie über das gekoppelte Energieübertragungskabel (16) gemäß einer Optimierungsstrategie gesteuert wird.
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