DE102021130182A1 - Liquid-cooled electrical charging system for at least partially electrically powered vehicles - Google Patents

Liquid-cooled electrical charging system for at least partially electrically powered vehicles Download PDF

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DE102021130182A1 DE102021130182.3A DE102021130182A DE102021130182A1 DE 102021130182 A1 DE102021130182 A1 DE 102021130182A1 DE 102021130182 A DE102021130182 A DE 102021130182A DE 102021130182 A1 DE102021130182 A1 DE 102021130182A1
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Attila Farkas
Steffen Steiner
Francesco Malavenda
Michael Buhl
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Bayerische Motoren Werke AG
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Bayerische Motoren Werke AG
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Abstract

Vorgeschlagen wird ein flüssigkeitsgekühltes elektrisches Ladesystem für zumindest teilweise elektrisch angetriebene Fahrzeuge, aufweisend einen ersten elektrischen Leiter mit einem als Pluspol dienenden ersten Endbereich und einem zweiten Endbereich, einen zweiten elektrischen Leiter mit einem als Minuspol dienenden ersten Endbereich und einem zweiten Endbereich. Jeder der elektrischen Leiter ist mit einem vorgegebenen Querschnitt gebildet und innerhalb des jeweiligen Querschnitts ist mindestens ein durchgängiger Mikrokanal zwischen dem ersten und dem zweiten Endbereich gebildet. Erster und dem zweiter Endbereich sind derart gebildet, dass jeweils ein elektrisches Kontaktierungselement an den ersten Endbereichen zur elektrischen Kontaktierung mit einer externen Ladedose angeschlossen ist, und jeweils ein Kontaktierungselement an den zweiten Endbereichen zur elektrischen Kontaktierung mit einem fahrzeuginternen, aufzuladenden Akkumulator angeschlossen ist. Jeweils ein erstes Anschlusselement ist außerdem an den ersten Endbereichen der elektrischen Leiter angeschlossen, und jeweils ein zweites Anschlusselement ist an den zweiten Endbereichen der elektrischen Leiter derart angeschlossen, dass es als Einlass oder Auslass für ein elektrisch nicht leitendes Kühlmedium dient. Ferner ist ein Verbindungselement vorgesehen, das mit einem ersten Endstück an dem ersten Anschlusselement des ersten Endbereichs des ersten elektrischen Leiters und mit einem zweiten Endstück an dem ersten Anschlusselement des ersten Endbereichs des zweiten elektrischen Leiters leitend derart verbunden ist, dass die Mikrokanäle des ersten und zweiten elektrischen Leiters derart miteinander verbunden sind, dass das Kühlmedium vom ersten in den zweiten elektrischen Leiter fließen kann.A liquid-cooled electrical charging system for at least partially electrically powered vehicles is proposed, having a first electrical conductor with a first end region serving as a positive pole and a second end region, a second electrical conductor with a first end region serving as a negative pole and a second end region. Each of the electrical conductors is formed with a predetermined cross-section and within each cross-section at least one continuous microchannel is formed between the first and second end portions. The first and second end regions are formed in such a way that one electrical contacting element is connected to each of the first end regions for electrical contact with an external charging socket, and one contacting element is connected to each of the second end regions for electrical contacting with an internal vehicle battery to be charged. A first connection element is also connected to the first end regions of the electrical conductors, and a second connection element is connected to the second end regions of the electrical conductors in such a way that it serves as an inlet or outlet for an electrically non-conductive cooling medium. Furthermore, a connecting element is provided which is conductively connected to a first end piece on the first connection element of the first end region of the first electrical conductor and to a second end piece on the first connection element of the first end region of the second electrical conductor in such a way that the microchannels of the first and second electrical conductors are connected to one another in such a way that the cooling medium can flow from the first into the second electrical conductor.

Description

Die Erfindung betrifft ein flüssigkeitsgekühltes elektrisches Ladesystem für zumindest teilweise elektrisch angetriebene Fahrzeuge.The invention relates to a liquid-cooled electrical charging system for at least partially electrically powered vehicles.

Akkumulatoren von elektrisch betriebenen Fahrzeugen (BEV) oder teilweise elektrisch betriebenen Fahrzeugen wie z.B. Hybridfahrzeugen PHEV müssen von Zeit zu Zeit aufgeladen werden. Hierbei sind zwei Probleme vorhanden. Einerseits soll ein möglichst schnelles Laden erfolgen, d.h. es muss eine hohe Leistung bereitgestellt werden, andererseits dürfen das Ladekabel und die Ladekomponenten wie z.B. Ladedosen, Isolierungen und Batteriezellen dabei nicht zu heiß werden, um Schäden zu vermeiden.Accumulators of electrically powered vehicles (BEV) or partly electrically powered vehicles such as hybrid vehicles PHEV have to be charged from time to time. There are two problems with this. On the one hand, charging should be as fast as possible, i.e. high power must be provided, on the other hand, the charging cable and charging components such as charging sockets, insulation and battery cells must not become too hot in order to avoid damage.

Damit das Ladekabel und die Ladekomponenten dabei insbesondere aufgrund der dafür nötigen Stromstärke nicht zu heiß werden, kann die Ladeleistung verringert werden, was zu einer höheren Ladedauer führt. Alternativ kann das Ladekabel dicker gemacht werden und aus Materialien bestehen, welche höheren Temperaturen standhalten, was Kosten, Gewicht und Herstellungsnachteile (Biegeradien, mehr Bauraum etc.) verursacht. Erhöhtes Gewicht reduziert die Effizienz des Fahrzeuges und die sowieso bereits limitierte Energie wird ineffizienter verwendet, da mehr Gewicht beschleunigt und mitgeführt werden muss.The charging power can be reduced so that the charging cable and the charging components do not get too hot, in particular due to the current required for this, which leads to a longer charging time. Alternatively, the charging cable can be made thicker and made of materials that withstand higher temperatures, which causes costs, weight and manufacturing disadvantages (bending radii, more installation space, etc.). Increased weight reduces the efficiency of the vehicle and the already limited energy is used more inefficiently because more weight has to be accelerated and carried.

Um eine bessere Kühlung zu ermöglichen, wird z.B. eine Kühlstruktur um das Ladekabel angeordnet, wie in der DE 10 2017 103 268 A1 vorgeschlagen, was wiederum Bauraum benötigt, der in der Regel sehr knapp ist. In der EP 3 699 933 A1 wird eine fluiddicht umschlossene Durchflussöffnung im Querschnitt des elektrischen Leiters vorgeschlagen. Als Kühlfluid dient hierbei Luft, z.B. Umgebungsluft. Allerdings sind die bekannten Maßnahmen immer noch verbesserungsbedürftig.In order to enable better cooling, a cooling structure is arranged around the charging cable, for example, as in FIG DE 10 2017 103 268 A1 proposed, which in turn requires space, which is usually very tight. In the EP 3 699 933 A1 a flow opening enclosed in a fluid-tight manner is proposed in the cross section of the electrical conductor. Air, for example ambient air, is used here as the cooling fluid. However, the known measures are still in need of improvement.

Deshalb ist es eine Aufgabe dieser Erfindung, ein entsprechendes elektrisches Ladesystem bereitzustellen, das ein schnelleres elektrisches Laden eines Akkumulators eines Fahrzeugs ermöglicht. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.It is therefore an object of this invention to provide a corresponding electrical charging system that enables faster electrical charging of an accumulator of a vehicle. According to the invention, this object is achieved by the features of the independent patent claims. Advantageous configurations are the subject matter of the dependent claims.

Vorgeschlagen wird ein flüssigkeitsgekühltes elektrisches Ladesystem für zumindest teilweise elektrisch angetriebene Fahrzeuge, aufweisend einen ersten elektrischen Leiter mit einem als Pluspol dienenden ersten Endbereich und einem zweiten Endbereich, einen zweiten elektrischen Leiter mit einem als Minuspol dienenden ersten Endbereich und einem zweiten Endbereich. Jeder der elektrischen Leiter ist mit einem vorgegebenen Querschnitt gebildet und innerhalb des jeweiligen Querschnitts ist mindestens ein durchgängiger Mikrokanal zwischen dem ersten und dem zweiten Endbereich gebildet. Erster und dem zweiter Endbereich sind derart gebildet, dass jeweils ein elektrisches Kontaktierungselement an den ersten Endbereichen zur elektrischen Kontaktierung mit einer externen Ladedose angeschlossen ist, und jeweils ein Kontaktierungselement an den zweiten Endbereichen zur elektrischen Kontaktierung mit einem fahrzeuginternen, aufzuladenden Akkumulator angeschlossen ist. Jeweils ein erstes Anschlusselement ist außerdem an den ersten Endbereichen der elektrischen Leiter angeschlossen, und jeweils ein zweites Anschlusselement ist an den zweiten Endbereichen der elektrischen Leiter derart angeschlossen, dass es als Einlass oder Auslass für ein elektrisch nicht leitendes Kühlmedium dient. Ferner ist ein Verbindungselement vorgesehen, das mit einem ersten Endstück an dem ersten Anschlusselement des ersten Endbereichs des ersten elektrischen Leiters und mit einem zweiten Endstück an dem ersten Anschlusselement des ersten Endbereichs des zweiten elektrischen Leiters leitend derart verbunden ist, dass die Mikrokanäle des ersten und zweiten elektrischen Leiters derart miteinander verbunden sind, dass das Kühlmedium vom ersten in den zweiten elektrischen Leiter fließen kann.A liquid-cooled electrical charging system for at least partially electrically powered vehicles is proposed, having a first electrical conductor with a first end region serving as a positive pole and a second end region, a second electrical conductor with a first end region serving as a negative pole and a second end region. Each of the electrical conductors is formed with a predetermined cross-section, and within each cross-section, at least one continuous microchannel is formed between the first and second end portions. The first and second end regions are formed in such a way that one electrical contacting element is connected to each of the first end regions for electrical contact with an external charging socket, and one contacting element is connected to each of the second end regions for electrical contacting with a battery that is to be charged inside the vehicle. A first connection element is also connected to the first end regions of the electrical conductors, and a second connection element is connected to the second end regions of the electrical conductors in such a way that it serves as an inlet or outlet for an electrically non-conductive cooling medium. Furthermore, a connecting element is provided which is conductively connected to a first end piece on the first connection element of the first end region of the first electrical conductor and to a second end piece on the first connection element of the first end region of the second electrical conductor in such a way that the microchannels of the first and second electrical conductors are connected to one another in such a way that the cooling medium can flow from the first into the second electrical conductor.

Des Weiteren ist vorgesehen, dass jeder der elektrischen Leiter als Flachbandkabel mit einem vorgegebenen Querschnitt gebildet ist, oder wobei jeder der elektrischen Leiter als rundes Kabel mit einem vorgegebenen Querschnitt gebildet ist.Furthermore, it is provided that each of the electrical conductors is formed as a flat ribbon cable with a specified cross section, or each of the electrical conductors is formed as a round cable with a specified cross section.

Des Weiteren ist vorgesehen, dass das Kühlmedium eine Kühlflüssigkeit ist.Furthermore, it is provided that the cooling medium is a cooling liquid.

Des Weiteren ist vorgesehen, dass die Anschlusselemente der elektrischen Leiter einen mit den Mikrokanälen in Verbindung stehenden Hohlraum aufweisen oder direkt mit den Mikrokanälen verbunden sind.Furthermore, it is provided that the connection elements of the electrical conductors have a cavity connected to the microchannels or are connected directly to the microchannels.

Des Weiteren ist vorgesehen, dass das Verbindungselement mit den ersten Anschlusselementen im ersten Bereich der elektrischen Leiter bogenförmig verbunden ist.Furthermore, it is provided that the connecting element is connected in an arc shape to the first connecting elements in the first area of the electrical conductors.

Des Weiteren ist vorgesehen, dass erstes und zweites Anschlusselement gleichartig gebildet sind.Furthermore, it is provided that the first and second connecting element are formed in the same way.

Des Weiteren ist eine Verwendung eines flüssigkeitsgekühlten elektrischen Ladesystems in einem zumindest teilweise elektrisch betriebenen Fahrzeug vorgesehen.Furthermore, use of a liquid-cooled electrical charging system in an at least partially electrically operated vehicle is provided.

Des Weiteren ist ein Fahrzeug vorgesehen, aufweisend das flüssigkeitsgekühlte elektrische Ladesystem. Des Weiteren ist vorgesehen, dass das Fahrzeug eine Ladedose mit einem Ladetopf aufweist, und wobei das Verbindungselement in dem Ladetopf angeordnet ist. Des Weiteren ist vorgesehen, dass das Fahrzeug einen aufladbaren Akkumulator aufweist und ein rein elektrisch betriebenes Fahrzeug oder ein Plug-In-Hybrid-Fahrzeug ist.Furthermore, a vehicle is provided, having the liquid-cooled electrical charging system. Furthermore, it is provided that the vehicle has a charging socket with a charging pot, and the connecting element is arranged in the charging pot. Furthermore, it is provided that the vehicle has a rechargeable battery and is a purely electrically operated vehicle or a plug-in hybrid vehicle.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, anhand der Figuren der Zeichnung, die erfindungsgemäße Einzelheiten zeigt, und aus den Ansprüchen. Die einzelnen Merkmale können je einzeln für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination bei einer Variante der Erfindung verwirklicht sein.Further features and advantages of the invention result from the following description of exemplary embodiments of the invention, with reference to the figures of the drawing, which show details according to the invention, and from the claims. The individual features can each be realized individually or together in any combination in a variant of the invention.

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert.

  • 1 zeigt eine schematische Darstellung wichtiger Komponenten des Ladesystems gemäß einer ersten Ausführung der vorliegenden Erfindung.
  • 2 zeigt eine Explosionsansicht des in 1 gezeigten Ladesystems.
  • 3 zeigt eine Schnittansicht eines Bereichs um den ersten Endbereich des in 1 gezeigten Ladesystems.
  • 4 zeigt eine Schnittansicht eines Bereichs um den zweiten Endbereich des in 1 gezeigten Ladesystems.
  • 5 zeigt eine Seitenansicht eines Bereichs um den ersten Endbereich des in 1 gezeigten Ladesystems.
  • 6 zeigt eine Schnittansicht in C-C-Richtung des in 5 gezeigten Ladesystems.
  • 7 zeigt links eine Seitenansicht eines Bereichs um den zweiten Endbereich und rechts eine Schnittansicht in D-D-Richtung des in 1 gezeigten Ladesystems.
  • 8 zeigt eine schematische Darstellung wichtiger Komponenten des Ladesystems gemäß einer zweiten Ausführung der vorliegenden Erfindung.
  • 9 zeigt eine Seitenansicht eines Bereichs um den ersten Endbereich des in 8 gezeigten Ladesystems.
  • 10 zeigt eine Schnittansicht in F-F-Richtung des in 9 gezeigten Ladesystems.
Preferred embodiments of the invention are explained in more detail below with reference to the attached drawing.
  • 1 Figure 12 shows a schematic representation of important components of the charging system according to a first embodiment of the present invention.
  • 2 shows an exploded view of the in 1 charging system shown.
  • 3 shows a sectional view of an area around the first end portion of the in 1 charging system shown.
  • 4 shows a sectional view of an area around the second end portion of the in 1 charging system shown.
  • 5 shows a side view of an area around the first end region of the in 1 charging system shown.
  • 6 shows a sectional view in the CC direction of the in 5 charging system shown.
  • 7 shows a side view of an area around the second end portion on the left and a sectional view in the DD direction of the in 1 charging system shown.
  • 8th 12 shows a schematic representation of important components of the charging system according to a second embodiment of the present invention.
  • 9 shows a side view of an area around the first end region of the in 8th charging system shown.
  • 10 shows a sectional view in the FF direction of the in 9 charging system shown.

In den nachfolgenden Figurenbeschreibungen sind gleiche Elemente bzw. Funktionen mit gleichen Bezugszeichen versehen.In the following descriptions of the figures, the same elements or functions are provided with the same reference symbols.

Das Grundkonzept der Erfindung ist es, ein flüssigkeitsgekühltes Ladesystem für zumindest teilweise elektrisch angetriebene Fahrzeuge bereitzustellen. Dieses Ladesystem dient dazu, eine elektrische Verbindung zwischen einer externen Ladesäule und dem fahrzeuginternen Akkumulator bereitzustellen, um diesen aufzuladen.The basic concept of the invention is to provide a liquid-cooled charging system for at least partially electrically powered vehicles. This charging system is used to provide an electrical connection between an external charging station and the vehicle's internal battery in order to charge it.

Hierfür sind zwei elektrische Leiter 10 und 20 mit jeweils einem ersten Endbereich 11, 21 und einem zweiten Endbereich 12, 22, vorgesehen. Der erste Endbereich 11, 21 ist ein ladesäulenseitiger Endbereich 11, 21, also ein Bereich, an dem ein (externes) Ladekabel (mittels eines Steckers) angesteckt werden kann. Der zweite Endbereich 12, 22 ist ein akkumulatorseitiger Endbereich 12, 22, also ein Bereich, an dem ein interner Akkumulator verbunden ist, der das Fahrzeug mit Energie versorgen kann.Two electrical conductors 10 and 20, each with a first end region 11, 21 and a second end region 12, 22, are provided for this purpose. The first end area 11, 21 is an end area 11, 21 on the charging station side, ie an area to which an (external) charging cable can be plugged in (by means of a plug). The second end area 12, 22 is an accumulator-side end area 12, 22, ie an area to which an internal accumulator is connected, which can supply the vehicle with energy.

Einer der elektrischen Leiter 10, 20 dient als Pluspol (in 1 ist es der erste elektrische Leiter 10) und der andere dient als Minuspol (in 1 ist es der zweite elektrische Leiter 20).One of the electrical conductors 10, 20 serves as a positive pole (in 1 it is the first electrical conductor 10) and the other serves as a negative pole (in 1 it is the second electrical conductor 20).

An einem ersten Endbereich 11, 21 jedes der elektrischen Leiters 10, 20 ist ein elektrisches Kontaktierungselement 70 vorgesehen, um ein externes Ladekabel anzuschließen (elektrisch zu kontaktieren). An einem zweiten Endbereich 12, 22 jedes der elektrischen Leiters 10, 20 ist ein weiteres elektrisches Kontaktierungselement 70 vorgesehen, um den fahrzeuginternen Akkumulator anzuschließen (elektrisch zu kontaktieren).An electrical contacting element 70 is provided on a first end region 11, 21 of each of the electrical conductors 10, 20 in order to connect (electrically contact) an external charging cable. A further electrical contacting element 70 is provided on a second end region 12, 22 of each of the electrical conductors 10, 20 in order to connect (electrically contact) the battery inside the vehicle.

Die elektrischen Leiter 10, 20 sind beispielsweise aus Aluminium oder einem anderen, elektrisch leitfähigen Material, gebildet und formstabil bzw. wenig oder überhaupt nicht biegsam (nur während der Herstellung). In einer Ausführung sind die elektrischen Leiter 10, 20 hierfür mittels einem Strangpressverfahren hergestellt.The electrical conductors 10, 20 are formed, for example, from aluminum or another electrically conductive material and are dimensionally stable or have little or no flexibility (only during production). In one embodiment, the electrical conductors 10, 20 are produced for this purpose using an extrusion process.

Die elektrischen Leiter 10, 20 weisen einen vorgegebenen Querschnitt auf, wobei dieser sowohl rund als auch mehreckig, insbesondere rechteckig, sein kann.The electrical conductors 10, 20 have a predetermined cross section, which can be either round or polygonal, in particular rectangular.

Innerhalb des Querschnitts sind Mikrokanäle 30 direkt in das Material des elektrischen Leiters 10, 20 eingebracht. Die Mikrokanäle 30 reichen von dem ersten Endbereich 11, 21 durchgängig bis zum zweiten Endbereich 12, 22, wobei sie an den Endbereichen 11, 21, 12, 22 offen enden. Die Mikrokanäle 30 dienen dazu, ein Kühlmedium 80 durch die elektrischen Leiter 10, 20 zu führen und diese dadurch zu kühlen. Das Kühlmedium 80 ist dabei vorteilhaft eine Kühlflüssigkeit. Die Anordnung und Anzahl der Mikrokanäle 30 innerhalb des Querschnitts hängt mindestens von der Anwendung (z.B. Ladeleistung) und dem Querschnitt des elektrischen Leiters 10, 20 ab.Microchannels 30 are introduced directly into the material of the electrical conductor 10, 20 within the cross section. The microchannels 30 extend continuously from the first end area 11, 21 to the second end area 12, 22, ending openly at the end areas 11, 21, 12, 22. The microchannels 30 are used to guide a cooling medium 80 through the electrical conductors 10, 20 and to cool them as a result. The cooling medium 80 is advantageously one coolant. The arrangement and number of microchannels 30 within the cross section depends at least on the application (eg charging power) and the cross section of the electrical conductor 10, 20.

Um einen Kühlkreislauf bereitzustellen, sind am ersten Endbereich 11, 21 jedes der elektrischen Leiter 10, 20 ein erstes Anschlusselement 40 und am zweiten Endbereich 12, 22 jedes der elektrischen Leiter 10, 20 ein zweites Anschlusselement 50 vorgesehen. Die Anschlusselemente 40, 50 sind derart gebildet und angeordnet, dass sie Kühlmedium 80 zu den Mikrokanälen 30 zuführen oder von dort abführen können. Dies ist möglich, da die Mikrokanäle 30 an den Endbereichen 11, 21 und 12, 22 offen enden, so dass durch Aufbringen der Anschlusselemente 40, 50, welche beispielsweise einen Hohlraum aufweisen, wie in 7 beispielhaft gezeigt, das Kühlmedium 80 zugeführt oder abgeleitet werden kann. Das zweite Anschlusselement 50 dient als Zulauf bzw. Ablauf des Kühlmediums 80, welches aus einem Bereich des Fahrzeugs (akkumulatorseitig) zugeführt bzw. dorthin abgeführt wird.In order to provide a cooling circuit, a first connection element 40 is provided on the first end region 11, 21 of each of the electrical conductors 10, 20 and a second connection element 50 is provided on the second end region 12, 22 of each of the electrical conductors 10, 20. The connection elements 40, 50 are formed and arranged in such a way that they can supply cooling medium 80 to the microchannels 30 or remove it from there. This is possible because the microchannels 30 have an open end at the end regions 11, 21 and 12, 22, so that by applying the connection elements 40, 50, which have a cavity, for example, as in 7 shown as an example, the cooling medium 80 can be supplied or derived. The second connection element 50 serves as an inlet or outlet for the cooling medium 80, which is supplied from an area of the vehicle (accumulator side) or discharged there.

Ferner wird ein Verbindungselement 60 zwischen den beiden Anschlusselementen 40 des ersten Endbereichs 11, 21 vorgesehen, welches die Mikrokanäle 30 der beiden elektrischen Leiter 10, 20 miteinander verbindet, so dass das Kühlmedium 80 von einem elektrischen Leiter 10, 20 in den anderen fließen kann.Furthermore, a connecting element 60 is provided between the two connection elements 40 of the first end region 11, 21, which connects the microchannels 30 of the two electrical conductors 10, 20 to one another, so that the cooling medium 80 can flow from one electrical conductor 10, 20 to the other.

Das Anschlusselement 50 eines der elektrischen Leiter 10, 20 (in 1 ist es der erste elektrische Leiter 10) dient als Zufuhrelement (IN), um das Kühlmedium 80 in die Mikrokanäle 30 zu befördern. Das Anschlusselement 50 des anderen der elektrischen Leiter 10, 20 (in 1 ist es der zweite elektrische Leiter 20) dient als Abführelement (OUT), um das von dem einen elektrischen Leiter 10, 20 über das Verbindungselement 60 in den anderen elektrischen Leiter 10, 20 geflossene Kühlmedium 80 aus dem Ladesystem zu entfernen.The connecting element 50 of one of the electrical conductors 10, 20 (in 1 if it is the first electrical conductor 10) serves as a supply element (IN) in order to transport the cooling medium 80 into the microchannels 30. The connection element 50 of the other of the electrical conductors 10, 20 (in 1 if it is the second electrical conductor 20) serves as a discharge element (OUT) in order to remove the cooling medium 80 that has flowed from the one electrical conductor 10, 20 via the connecting element 60 into the other electrical conductor 10, 20 from the charging system.

Die Verbindungsbereiche, welche mit Kühlmedium 80 in Kontakt sind, also insbesondere die Bereiche zwischen Endbereichen 11, 21 und 12, 22 und Anschlusselementen 40, 50 und Anschlusselementen 40, 50 und Verbindungselement 60 sind fluiddicht.The connection areas which are in contact with cooling medium 80, ie in particular the areas between end areas 11, 21 and 12, 22 and connecting elements 40, 50 and connecting elements 40, 50 and connecting element 60 are fluid-tight.

Außerdem ist das verwendete Kühlmedium 80 eine elektrisch nicht leitende Flüssigkeit, da es sowohl mit dem Pluspol als auch mit dem Minuspol in Kontakt kommt und somit einen Kurzschluss verursachen könnte.In addition, the cooling medium 80 used is an electrically non-conductive liquid since it comes into contact with both the positive pole and the negative pole and could therefore cause a short circuit.

Das Kontaktierungselement 70 kann je nach Ausführung der elektrischen Leiter 10, 20 unterschiedlich gebildet sein. Es kann z.B. angeschweißt oder angelötet sein. Seine Form hängt von der Form der elektrischen Leiter 10, 20 ab.The contacting element 70 can be formed differently depending on the design of the electrical conductors 10, 20. It can be welded or soldered, for example. Its shape depends on the shape of the electrical conductors 10,20.

In den Figuren sind zwei unterschiedliche Ausführungen gezeigt, die sich im Wesentlichen durch den Querschnitt der elektrischen Leiter 10, 20 unterscheiden.In the figures, two different designs are shown, which differ essentially in the cross section of the electrical conductors 10, 20.

In einer ersten, in 1 bis 7 gezeigten Ausführung, sind die elektrischen Leiter 10, 20 als Flachband gebildet, weisen also einen mehreckigen, in der Regel rechteckigen, Querschnitt auf. In dieser Ausführung sind die Endbereiche 11, 21, 12, 22 (mit den darin enthaltenen Mikrokanälen 30) in einem Winkel von dem gegenüberliegenden, anderen elektrischen Leiter 10, 20 weggebogen. Dies ermöglicht es, die elektrischen Kontaktierungselemente 70 an der aufsteigenden Fläche des elektrischen Leiters 10, 20 anzubringen. Außerdem kann somit ein als Bogen gebildetes Verbindungselement 60 auf der dem Kontaktierungselement 70 gegenüberliegenden Seite des elektrischen Leiters 10, 20 angebracht werden, welches durch die Bogenform sehr gut in den Ladetopf (Bereich der Karosserie, der zum Einstecken eines externen Ladesteckers vorgesehen ist) integriert werden kann.In a first, in 1 until 7 shown embodiment, the electrical conductors 10, 20 are formed as a flat strip, so have a polygonal, usually rectangular, cross-section. In this embodiment, the end regions 11, 21, 12, 22 (with the microchannels 30 contained therein) are bent away at an angle from the opposite, other electrical conductor 10, 20. This makes it possible to attach the electrical contacting elements 70 to the rising surface of the electrical conductor 10, 20. In addition, a connecting element 60 formed as an arch can be attached to the side of the electrical conductor 10, 20 opposite the contacting element 70, which can be integrated very well into the charging pot (area of the body that is provided for plugging in an external charging plug) due to the arch shape can.

In 2 ist eine Explosionsansicht des in 1 gezeigten Ladesystems dargestellt, wobei hier das Verbindungselement 60 mit einem an den Anschlussbereichen, mit denen sie über die Anschlusselemente 40 aufgebracht werden, vorgesehenen Hohlraum, dargestellt ist. Genauer sind hier eine gebogene Leitung mit einer Schnellkupplung („Quick Connector“) dargestellt, wobei das Verbindungselement 60 auch als aufgeschossene Leitung ausgeführt sein kann anstatt als Schnellkupplung. Vorteilhaft hat der Anschlussbereich ein sogenanntes „Tannenbaum“-Profil.In 2 is an exploded view of the in 1 The charging system shown is shown, the connection element 60 being shown here with a cavity provided at the connection areas with which they are applied via the connection elements 40 . More precisely, a bent line with a quick coupling (“quick connector”) is shown here, with the connecting element 60 also being able to be designed as a coiled line instead of as a quick coupling. The connection area advantageously has a so-called "fir tree" profile.

In 3 ist eine Schnittansicht eines Bereichs um den ersten Endbereich des in 1 gezeigten Ladesystems, gezeigt. In 4 ist eine Schnittansicht eines Bereichs um den zweiten Endbereich des in 1 gezeigten Ladesystems gezeigt. In beiden Figuren ist die Führung der Mikrokanäle 30 bis zum äußersten Ende der elektrischen Leiter 10, 20 zu sehen, sowie die Anbindung der Anschlusselemente 40, 50 und der Kontaktierungselemente 70 an die elektrischen Leiter 10, 20. In 3 is a sectional view of an area around the first end portion of the in 1 charging system shown. In 4 is a sectional view of a portion around the second end portion of the in 1 charging system shown. In both figures, the routing of the microchannels 30 to the outermost end of the electrical conductors 10, 20 can be seen, as well as the connection of the connection elements 40, 50 and the contacting elements 70 to the electrical conductors 10, 20.

5 zeigt eine Seitenansicht eines Bereichs um den ersten Endbereich des in 1 gezeigten Ladesystems und 6 zeigt eine Schnittansicht in C-C-Richtung des in 5 gezeigten Ladesystems. Hier ist die Anbindung der Anschlusselemente 40, 50 an die elektrischen Leiter 10, 20 über den Hohlraum gezeigt, von dem aus sich das Kühlmedium 80 auf die Mikrokanäle 30 verteilen kann bzw. in den das Kühlmedium 80 aus den Mikrokanälen 30 einfließen kann. 5 shows a side view of an area around the first end region of the in 1 charging system shown and 6 shows a sectional view in the CC direction of the in 5 charging system shown. The connection of the connection elements 40, 50 to the electrical conductors 10, 20 via the cavity is shown here, from which the cooling medium 80 is distributed to the microchannels 30 can or into which the cooling medium 80 can flow from the microchannels 30 .

7 zeigt links eine Seitenansicht eines Bereichs um den zweiten Endbereich 12, 22 und rechts eine Schnittansicht in D-D-Richtung des in 1 gezeigten Ladesystems, welche das Zusammenwirken zwischen den Mikrokanälen 30 und den Anschlusselementen 40, 50 verdeutlicht. Hier sind Mikrokanäle 30 gezeigt, die als längliche Mikrokanäle 30 gebildet sind, wobei die Form lediglich beispielhaft ist. Es können jegliche Formen an Mikrokanälen 30 vorgesehen sein, die sich technologisch herstellen lassen und die in den jeweiligen Querschnitt passen. Auch die Anzahl der Mikrokanäle 30 ist im Wesentlichen frei wählbar. Die Anzahl und Form der Mikrokanäle 30 bestimmt der Fachmann in Abhängigkeit von der vorgesehenen maximalen Ladeleistung und der damit verbundenen, möglichen Maximaltemperatur, sowie den verwendeten Komponenten und Materialien, sowie weiteren, von ihm zu bestimmenden Kriterien, welche auf eine vorbestimmte Temperatur zu kühlen sind. 7 shows a side view of an area around the second end area 12, 22 on the left and a sectional view in the DD direction of the in 1 shown loading system, which illustrates the interaction between the micro-channels 30 and the connection elements 40, 50. Shown here are microchannels 30 formed as elongated microchannels 30, the shape being exemplary only. Any form of microchannels 30 can be provided which can be produced technologically and which fit into the respective cross section. The number of microchannels 30 can essentially be freely selected. The person skilled in the art determines the number and shape of the microchannels 30 depending on the intended maximum charging power and the associated possible maximum temperature, as well as the components and materials used, as well as other criteria to be determined by him, which are to be cooled to a predetermined temperature.

In einer zweiten, in 8 bis 10 gezeigten, Ausführung sind die elektrischen Leiter 10, 20 mit einem (im Wesentlichen) runden Querschnitt gebildet. Hier sind die elektrischen Kontaktierungselemente 70 ebenfalls direkt an den elektrischen Leitern 10, 20 angeschweißt oder angelötet, wobei die elektrischen Leiter 10, 20 nicht gebogen sind. Die Anbindung an der Kühlkreislauf erfolgt z.B. über eine wie in 1 gezeigte Schnellkupplung („Quick Connector“) oder mit aufgeschossenen Leitungen, oder mittels z.B. eines angelöteten oder angeschweißten SAE-Endstücks. Auch hier sind Kontaktierungselemente 70 an den elektrischen Leitern 10, 20 befestigt.In a second, in 8th until 10 shown embodiment, the electrical conductors 10, 20 are formed with a (substantially) round cross-section. Here the electrical contacting elements 70 are also welded or soldered directly to the electrical conductors 10, 20, with the electrical conductors 10, 20 not being bent. The connection to the cooling circuit takes place, for example, via an as in 1 shown quick coupling ("Quick Connector") or with coiled lines, or by means of, for example, a soldered or welded SAE end piece. Here, too, contacting elements 70 are attached to the electrical conductors 10, 20.

9 zeigt eine Seitenansicht eines Bereichs um den ersten Endbereich des in 8 gezeigten Ladesystems und 10 zeigt eine Schnittansicht in F-F-Richtung des in 9 gezeigten Ladesystems. Hier ist eine direkte Anbindung des Verbindungselements 60 an die Anschlusselemente 40 gezeigt, also ohne Hohlraum. 9 shows a side view of an area around the first end region of the in 8th charging system shown and 10 shows a sectional view in the FF direction of the in 9 charging system shown. A direct connection of the connecting element 60 to the connecting elements 40 is shown here, ie without a cavity.

In beiden Ausführungen ist das Konzept dasselbe, nämlich, dass Mikrokanäle 30 direkt im Material der elektrischen Leiter 10, 20 gebildet sind, wobei an einem ersten Endbereich 11, 21 des ersten und zweiten elektrischen Leiters 10, 20 Anschlusselemente 40 und ein die Anschlusselemente 40 (flüssigkeitsleitend) verbindendes Verbindungselement 60 vorgesehen sind. Durch Zufuhr eines Kühlmediums 80 über einen der elektrischen Leiter 10, 20 (in den Ausführungen der elektrische Leiter 10) und Fließen des Kühlmediums 80 von einem elektrischen Leiter 10 über das Verbindungselement 60 in den anderen elektrischen Leiter 20 wird ein Kühlkreislauf gebildet, um Komponenten des Ladesystems, welche durch eine hohe Ladeleistung erhitzt werden, zu kühlen. Solche Komponenten sind insbesondere die elektrisches Kontaktierungsbereiche zur externen Ladesäule und Anschlussbereiche der elektrischen Leiter 10, 20.The concept is the same in both versions, namely that microchannels 30 are formed directly in the material of the electrical conductors 10, 20, with connection elements 40 and a connection element 40 ( liquid-conducting) connecting connecting element 60 are provided. By supplying a cooling medium 80 via one of the electrical conductors 10, 20 (in the embodiments, the electrical conductor 10) and by the cooling medium 80 flowing from one electrical conductor 10 via the connecting element 60 into the other electrical conductor 20, a cooling circuit is formed in order to cool components of the To cool charging system, which are heated by a high charging power. Such components are in particular the electrical contact areas to the external charging station and connection areas of the electrical conductors 10, 20.

Die Anschlusselemente 40, 50 sind aus produktionstechnischen Gründen vorteilhaft gleichartig gebildet und weisen einen Hohlraum auf, der auf den Endbereich 11, 21, 12, 22 der elektrischen Leiter 10, 20 aufgebracht wird, in dem die Mikrokanäle 30 mit ihren offenen Bereichen enden. Somit kann das in den Hohlraum eindringende Kühlmedium 80 auch in die Mikrokanäle 30 einfließen bzw. aus dem Anschlusselement 40, 50 abfließen.The connection elements 40, 50 are advantageously formed in the same way for production reasons and have a cavity that is applied to the end area 11, 21, 12, 22 of the electrical conductors 10, 20, in which the microchannels 30 end with their open areas. Thus, the cooling medium 80 penetrating into the cavity can also flow into the microchannels 30 or flow out of the connecting element 40, 50.

Auch die elektrischen Kontaktierungselemente 70 der ersten und zweiten Endbereiche für ersten und zweiten elektrischen Leiter 10, 20 sind vorteilhaft gleichartig gebildet.The electrical contacting elements 70 of the first and second end regions for the first and second electrical conductors 10, 20 are advantageously formed in the same way.

Vorteilhaft sind die elektrischen Leiter 10, 20 mit einer (nicht gezeigten) Isolierung umhüllt, welche z.B. eine Kunststoffummantelung sein kann. Die Isolierung kann beide Ladeleitungen gleichzeitig umhüllen oder jede einzelne Leitung ist separat mit Isolierung umhüllt.Advantageously, the electrical conductors 10, 20 are encased in insulation (not shown), which may be a plastic sheath, for example. The insulation can wrap both charging lines at the same time, or each individual line is wrapped with insulation separately.

Durch das vorgeschlagene Ladesystem werden sowohl Gewicht eingespart, da weniger Isolierung benötigt wird, als auch Kosten, da günstigere Materialien verwendet werden können, die keine besonderen, hohen Anforderungen erfüllen müssen. Auch wird weniger Bauraum benötigt, da die Kühlung innerhalb der elektrischen Leiter 10, 20 erfolgt und das Verbindungselement 60 im Ladetopf des Fahrzeugs untergebracht werden kann, wo in der Regel mehr Bauraum verfügbar ist als innerhalb des Fahrzeugs.The proposed charging system saves both weight, since less insulation is required, and costs, since cheaper materials can be used that do not have to meet special, high requirements. Less installation space is also required, since cooling takes place within the electrical conductors 10, 20 and the connecting element 60 can be accommodated in the vehicle's charging pot, where more installation space is generally available than inside the vehicle.

Durch die intergierte Kühlung und den Kühlkreislauf kann eine hohe Ladeleistung während der ganzen Ladevorgangs bereitgestellt werden, so dass der Ladevorgang schneller ablaufen kann.Due to the integrated cooling and the cooling circuit, a high charging capacity can be provided during the entire charging process, so that the charging process can run faster.

Das vorgeschlagene Ladesystem kann bei allen Fahrzeugen verwendet werden, die einen internen Akkumulator aufweisen, also z.B. BEV (rein elektrisch betriebene Fahrzeuge) als auch PHEV (Plug-In-Hybridfahrzeuge).The proposed charging system can be used in all vehicles that have an internal battery, e.g. BEV (purely electrically operated vehicles) and PHEV (plug-in hybrid vehicles).

BezugszeichenlisteReference List

11
Ladesystem charging system
1010
erster elektrischer Leiterfirst electrical conductor
1111
erster Endbereich (Pluspol)first end area (positive pole)
1212
zweiter Endbereich second end area
2020
zweiter elektrischer Leitersecond electrical conductor
2121
erster Endbereich (Minuspol)first end area (negative pole)
2222
zweiter Endbereich second end area
3030
Mikrokanäle microchannels
4040
Anschlusselement erste EndbereicheConnection element first end areas
5050
Anschlusselement zweite Endbereiche Connection element second end areas
6060
Verbindungselement Anschlusselemente erste Endbereiche Connection element connection elements first end areas
7070
elektrisches Kontaktierungselement electrical contact element
8080
Kühlmedium, z.B. KühlflüssigkeitCooling medium, e.g. coolant

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

  • DE 102017103268 A1 [0004]DE 102017103268 A1 [0004]
  • EP 3699933 A1 [0004]EP 3699933 A1 [0004]

Claims (10)

Flüssigkeitsgekühltes elektrisches Ladesystem für zumindest teilweise elektrisch angetriebene Fahrzeuge, aufweisend: - einen ersten elektrischen Leiter (10) mit einem als Pluspol dienenden ersten Endbereich (11) und einem zweiten Endbereich (12), - einen zweiten elektrischen Leiter (20) mit einem als Minuspol dienenden ersten Endbereich (21) und einem zweiten Endbereich (22), wobei - jeder der elektrischen Leiter (10, 20) mit einem vorgegebenen Querschnitt gebildet ist und innerhalb des jeweiligen Querschnitts mindestens ein durchgängiger Mikrokanal (30) zwischen dem ersten und dem zweiten Endbereich (11,12; 21, 22) gebildet ist, und wobei erster und dem zweiter Endbereich (11,12; 21, 22) derart gebildet sind, dass - jeweils ein elektrisches Kontaktierungselement (70) an den ersten Endbereichen (11; 21) zur elektrischen Kontaktierung mit einer externen Ladedose angeschlossen ist, und jeweils ein Kontaktierungselement (70) an den zweiten Endbereichen (12; 22) zur elektrischen Kontaktierung mit einem fahrzeuginternen, aufzuladenden Akkumulator angeschlossen ist, und wobei - jeweils ein erstes Anschlusselement (40) an den ersten Endbereichen (11; 21) der elektrischen Leiter (10, 20) angeschlossen ist, und - jeweils ein zweites Anschlusselement (50) an den zweiten Endbereichen (12; 22) der elektrischen Leiter (10, 20) derart angeschlossen ist, dass es als Einlass (IN) oder Auslass (OUT) für ein elektrisch nicht leitendes Kühlmedium (80) dient, und wobei - ein Verbindungselement (60) vorgesehen ist, das mit einem ersten Endstück an dem ersten Anschlusselement (40) des ersten Endbereichs (11) des ersten elektrischen Leiters (10) und mit einem zweiten Endstück an dem ersten Anschlusselement (40) des ersten Endbereichs (21) des zweiten elektrischen Leiters (20) leitend derart verbunden ist, dass die Mikrokanäle (30) des ersten und zweiten elektrischen Leiters (10, 20) derart miteinander verbunden sind, dass das Kühlmedium (80) vom ersten in den zweiten elektrischen Leiter (10, 20) fließen kann. Liquid-cooled electrical charging system for at least partially electrically powered vehicles, comprising: - a first electrical conductor (10) with a first end area (11) serving as a positive pole and a second end area (12), - A second electrical conductor (20) with a serving as a negative pole first end portion (21) and a second end portion (22), wherein - each of the electrical conductors (10, 20) is formed with a predetermined cross section and within the respective cross section at least one continuous microchannel (30) is formed between the first and the second end region (11,12; 21, 22), and wherein first and the second end region (11,12; 21, 22) are formed such that - In each case one electrical contacting element (70) is connected to the first end regions (11; 21) for electrical contacting with an external charging socket, and one contacting element (70) in each case at the second end regions (12; 22) for electrical contacting with a vehicle-internal, battery to be charged is connected, and wherein - In each case a first connecting element (40) is connected to the first end regions (11; 21) of the electrical conductors (10, 20), and - In each case a second connection element (50) is connected to the second end regions (12; 22) of the electrical conductors (10, 20) in such a way that it acts as an inlet (IN) or outlet (OUT) for an electrically non-conductive cooling medium (80) serves, and where - A connecting element (60) is provided which has a first end piece on the first connection element (40) of the first end region (11) of the first electrical conductor (10) and a second end piece on the first connection element (40) of the first end region ( 21) of the second electrical conductor (20) is conductively connected in such a way that the microchannels (30) of the first and second electrical conductors (10, 20) are connected to one another in such a way that the cooling medium (80) flows from the first into the second electrical conductor ( 10, 20) can flow. Flüssigkeitsgekühltes elektrisches Ladesystem nach Anspruch 1, wobei jeder der elektrischen Leiter (10, 20) als Flachbandkabel mit einem vorgegebenen Querschnitt gebildet ist, oder wobei jeder der elektrischen Leiter (10, 20) als rundes Kabel mit einem vorgegebenen Querschnitt gebildet ist.Liquid-cooled electric charging system after claim 1 wherein each of the electrical conductors (10, 20) is formed as a flat cable having a predetermined cross section, or wherein each of the electrical conductors (10, 20) is formed as a round cable having a predetermined cross section. Flüssigkeitsgekühltes elektrisches Ladesystem nach Anspruch 1, wobei das Kühlmedium (80) eine Kühlflüssigkeit istLiquid-cooled electric charging system after claim 1 , wherein the cooling medium (80) is a cooling liquid Flüssigkeitsgekühltes elektrisches Ladesystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Anschlusselemente (40, 50) der elektrischen Leiter (10, 20) einen mit den Mikrokanälen (30) in Verbindung stehenden Hohlraum aufweisen oder direkt mit den Mikrokanälen (30) verbunden sind.Liquid-cooled electrical charging system according to one of the preceding claims, wherein the connection elements (40, 50) of the electrical conductors (10, 20) have a cavity connected to the microchannels (30) or are connected directly to the microchannels (30). Flüssigkeitsgekühltes elektrisches Ladesystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Verbindungselement (60) mit den ersten Anschlusselementen (40) im ersten Bereich (11, 21) der elektrischen Leiter (10, 20) bogenförmig verbunden ist.Liquid-cooled electrical charging system according to one of the preceding claims, wherein the connecting element (60) is arcuately connected to the first connecting elements (40) in the first region (11, 21) of the electrical conductors (10, 20). Flüssigkeitsgekühltes elektrisches Ladesystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei erstes und zweites Anschlusselement (40, 50) gleichartig gebildet sind.Liquid-cooled electrical charging system according to one of the preceding claims, the first and second connection elements (40, 50) being formed in the same way. Verwendung eines flüssigkeitsgekühlten elektrischen Ladesystems nach einem der vorhergehenden Ansprüche in einem zumindest teilweise elektrisch betriebenen Fahrzeug.Use of a liquid-cooled electrical charging system according to one of the preceding claims in an at least partially electrically operated vehicle. Fahrzeug, aufweisend ein flüssigkeitsgekühltes elektrisches Ladesystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6.Vehicle comprising a liquid-cooled electrical charging system according to any one of Claims 1 until 6 . Fahrzeug nach Anspruch 8, wobei das Fahrzeug eine Ladedose mit einem Ladetopf aufweist, und wobei das Verbindungselement (60) in dem Ladetopf angeordnet ist.vehicle after claim 8 , wherein the vehicle has a charging socket with a charging pot, and wherein the connecting element (60) is arranged in the charging pot. Fahrzeug nach Anspruch 8 oder 9, wobei das Fahrzeug einen aufladbaren Akkumulator aufweist und ein rein elektrisch betriebenes Fahrzeug oder ein Plug-In-Hybrid-Fahrzeug ist.vehicle after claim 8 or 9 , wherein the vehicle has a rechargeable battery and is a purely electrically operated vehicle or a plug-in hybrid vehicle.
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