DE102021132152A1

DE102021132152A1 - Verfahren zum Laden eines elektrischen Energiespeichers eines Kraftfahrzeugs, Kraftfahrzeug und Ladestation

Info

Publication number: DE102021132152A1
Application number: DE102021132152.2A
Authority: DE
Inventors: Christian Rebinger; Dirk Schroeder
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2021-12-07
Filing date: 2021-12-07
Publication date: 2023-06-07
Also published as: CN116278845A; US20230173933A1

Abstract

Verfahren zum Laden wenigstens eines elektrischen Energiespeichers (3) eines Kraftfahrzeugs (1), wobei elektrische Energie von einer kraftfahrzeugexternen Ladestation (2) über eine lösbare elektrische Verbindung zu dem Energiespeicher (3) übertragen wird, wobei ein Kühlfluid (9) von der Ladestation (2) über eine lösbare Kühlfluidverbindung und mittels einer Fördereinrichtung (25) zu wenigstens einem Kühlelement (15) des Kraftfahrzeugs (1) geführt wird, so dass Wärmeenergie von dem Energiespeicher (3) über das Kühlelement (15) auf das Kühlfluid (9) übertragen und mittels des Kühlfluids (9) abgeführt wird, wobei ein Druck in dem Kühlfluid (9) oder in einem Gemisch, das aus dem Kühlfluid (9) und einem Gas besteht, vor und/oder bei der Zuführung zum Kühlelement (15) mittels wenigstens eines Druckreduktionselements (26) reduziert wird, so dass die Siedetemperatur des Kühlfluids (9) derart sinkt, dass es bei der Übertragung der Wärmeenergie zumindest teilweise verdampft.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Laden wenigstens eines elektrischen Energiespeichers eines Kraftfahrzeugs, wobei elektrische Energie von einer kraftfahrzeugexternen Ladestation über eine lösbare elektrische Verbindung zu dem Energiespeicher übertragen wird, wobei ein Kühlfluid von der Ladestation über eine lösbare Kühlfluidverbindung und mittels einer Fördereinrichtung zu wenigstens einem Kühlelement des Kraftfahrzeugs geführt wird, so dass Wärmeenergie von dem Energiespeicher über das Kühlelement auf das Kühlfluid übertragen und mittels des Kühlfluids abgeführt wird.
Kraftfahrzeuge mit aufladbaren elektrischen Energiespeichern, insbesondere Batterien, die dem Betrieb eines Elektromotors zugeordnet sind und als Traktionsbatterien bezeichnet werden, sind aus dem Stand der Technik bekannt. So gibt es neben reinen Elektrofahrzeugen, bei denen der Elektromotor die einzige Antriebseinrichtung darstellt, Hybridfahrzeuge, die zusätzlich zum Elektromotor auch eine weitere Antriebseinrichtung wie einen Verbrennungsmotor aufweisen. Bei Elektrofahrzeugen und sogenannten Plug-in-Hybriden ist es bekannt, dass das Kraftfahrzeug einen Ladeanschluss zum Anschluss an eine kraftfahrzeugexterne Ladestation wie etwa eine ortsfeste Ladesäule aufweist. Mittels der Ladestation wird dem Kraftfahrzeug elektrische Energie, etwa aus dem öffentlichen Versorgungsnetz, zum Aufladen des Energiespeichers bereitgestellt.
Ein im Zusammenhang mit elektrischen Energiespeichern von Kraftfahrzeugen stehendes Problem ist, dass sich diese in bestimmten Betriebsphasen erhitzen, was eine entsprechende Batteriekühlung erforderlich macht. Eine solche Betriebsphase betrifft den Fahrbetrieb, bei dem Energie aus dem Energiespeicher zur Erzeugung einer Antriebsleistung des Kraftfahrzeugs bereitgestellt wird, wobei dieser entladen wird. Auch beim Aufladen des Energiespeichers erfolgt eine Erwärmung, wobei dieses Problem beim Rekuperieren und verstärkt beim sogenannten Schnellladen auftritt, bei dem der leere Energiespeicher bereits nach wenigen Minuten Ladezeit einen für die Weiterfahrt ausreichenden Ladezustand erreicht. Hierbei erfolgt im Vergleich zu „normalen“ Ladeverfahren respektive zu dem Fahrbetrieb eine deutlich stärkere Erwärmung des Energiespeichers.
Zur Kühlung der Energiespeicher sind häufig kraftfahrzeugseitige Kühlsysteme vorgesehen, bei denen eine Kühlung mittels eines zirkulierenden Kühlfluids und/oder eines Kühlluftstroms bewirkt wird. Allerdings ist der Betrieb des kraftfahrzeugseitigen Kühlsystems allein, vor allem bei dem beschriebenen Schnellladen, häufig nicht ausreichend, die eigentlich erforderliche Kühlleistung bereitzustellen. Bezüglich Ladevorgängen an Ladestationen ist es zur Lösung dieses Problems aus dem Stand der Technik bekannt, dass ein Kühlfluid seitens der Ladesäule bereitgestellt und zum elektrischen Energiespeicher des Kraftfahrzeugs geführt wird. Entsprechende Konzepte sind beispielsweise aus DE 10 2012 220 218 A1 , DE 10 2010 007 975 A1 , US 4 415 847 A und US 2020 / 0 343 610 A1 bekannt.
Eine entsprechende Ladevorrichtung zum Kühlen und Laden einer Batterie eines Fahrzeugs ist zudem aus DE 10 2017 202 391 A1 bekannt. Bei diesem System wird der Batterie ein flüssiges Kühlmedium, nämlich flüssiges CO₂, mit einer Siedetemperatur zugeführt, die geringer ist als die Temperatur der Batterie. Hierzu wird das Kühlmedium zur Erhöhung der Siedetemperatur unter Druck gesetzt. Das Kühlmedium entweicht in die Umgebungsluft, nachdem es in den gasförmigen Zustand überführt wurde.
Die vorliegende Erfindung stellt sich die Aufgabe, ein demgegenüber verbessertes respektive weiterentwickeltes Konzept hinsichtlich der Kühlung eines elektrischen Energiespeichers eines Kraftfahrzeugs beim Ladevorgang an einer Ladestation zu realisieren.
Im Rahmen einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist bei dem Verfahrens der eingangs genannten Art zur Lösung des Problems vorgesehen, dass ein Druck in dem Kühlfluid oder in einem Gemisch, das aus dem Kühlfluid und einem Gas besteht, vor und/oder bei der Zuführung zum Kühlelement mittels wenigstens eines Druckreduktionselements reduziert wird, so dass die Siedetemperatur des Kühlfluids derart sinkt, dass es bei der Übertragung der Wärmeenergie zumindest teilweise verdampft.
Bei dieser Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es vorgesehen, dass die Übertragung der Wärmeenergie von dem Energiespeicher über das Kühlelement zum Kühlfluid nicht nur eine bloße Erwärmung, sondern zudem ein Verdampfen des Kühlfluids bewirkt. Unter Verdampfen wird der Übergang des Kühlfluids vom flüssigen in den gasförmigen Zustand verstanden, der aufgrund der Überschreitung der Siedetemperatur des Kühlfluids bewirkt wird. So liegt das Kühlfluid nach der Übertragung der Wärmeenergie insbesondere als ein Zweiphasengemisch umfassend eine flüssige und eine gasförmige Phase vor. Um ein Fluid im Rahmen eines Verdampfens bzw. Siedens vom flüssigen zum gasförmigen Zustand zu überführen, ist Energie erforderlich, die auch als Verdampfungsenthalpie oder Verdampfungswärme bezeichnet wird. Die gesamte, mittels des Kühlfluids abgeführte Wärmeenergie setzt sich also aus der Energie, die die Erwärmung des flüssigen Kühlfluids bewirkt, und aus der Energie, die das Verdampfen des Kühlfluids bewirkt, zusammen.
Die Siedetemperatur des Kühlfluids hängt von dem in dem Fluid vorliegenden Druck ab. So bewirkt eine Verringerung des Drucks im Kühlfluid eine Verringerung des Siedepunkts und umgekehrt. Im Rahmen der ersten Ausführungsform des Verfahrens ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass der Druck im Kühlfluid vor, respektive bei der Zuführung zum Kühlelement reduziert wird, so dass die Siedetemperatur des Kühlfluids unter eine Temperatur wie beispielsweise 30°C fällt, die der Energiespeichers bzw. das Kühlelement beim Ladebetrieb normalerweise aufweist. Durch die Reduktion des Drucks wird es somit ermöglicht, dass als Kühlfluid eine Flüssigkeit verwendet werden kann, deren Siedetemperatur unter Normalbedingung, also unter atmosphärischem Druck und bei einer typischerweise vorliegenden Temperatur wie etwa 20°C, nicht erreicht ist. So ist denkbar, dass Wasser als Kühlfluid verwendet wird, was gegenüber anderen typischerweise als Kühlfluid verwendeten Flüssigkeiten aufgrund der niedrigen Kosten und der Umweltverträglichkeit vorteilhaft ist. Zudem ist es bei einem Kühlfluid wie Wasser nicht erforderlich, dass dieses im Rahmen der Lagerung dauerhaft mit Druck beaufschlagt ist, um sicherzustellen, dass das Kühlfluid den flüssigen Aggregatszustand beibehält. Stattdessen ist die Konditionierung des Kühlfluids durch die Druckreduzierung bei der vorliegenden Erfindung erst im konkreten Einsatz erforderlich, also unmittelbar vor der Kühlung des Energiespeichers.
Durch das Konzept der ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine Möglichkeit zur Kühlung eines Energiespeichers eines Kraftfahrzeugs beim Ladevorgang an einer Ladestation realisiert, bei der ein Verdampfen des Kühlfluids zu einer Effizienzsteigerung der Kühlwirkung führt und die gegenüber aus dem Stand der Technik bekannten Konzepten bezüglich der Speicherung und Verwendung des für die Verdampfung vorgesehenen Kühlfluids vereinfacht ist.
Im Rahmen der ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens kann vorgesehen sein, dass als Druckreduktionselement ein Expansionsorgan verwendet wird, das in einer Ausführungsvariante als eine Drossel ausgebildet ist. Zusätzlich oder alternativ kann als Reduktionselement eine Turbine verwendet werden, durch die dem Kühlfluid oder dem Gemisch Energie entzogen wird. Die hierdurch rückgewonnene Energie kann beispielsweise zum Betrieb der Fördereinrichtung genutzt werden.
Im Rahmen einer zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist bei dem Verfahren der eingangs genannten Art zur Lösung des Problems vorgesehen, dass das bei der Übertragung der Wärmeenergie verdampfende Kühlfluid zumindest teilweise in einem Kreislauf, in dem das Kühlelement eingebunden ist, zirkuliert.
Bei dieser Ausführungsform erfolgt somit zumindest teilweise eine Rückführung des Kühlfluids, so dass dieses nach der Übertragung der Wärmeenergie erneut zu diesem Zweck genutzt werden kann. Hierbei kann das Kühlfluid im Rahmen der Zirkulation im Kreislauf konditioniert, also beispielsweise gekühlt, werden, so dass es zur erneuten Übertragung der Wärmeenergie nutzbar ist. Denkbar ist, dass sämtliches Kühlfluid in dem Kreislauf zirkuliert, so dass in diesem Fall ein geschlossenes System vorliegt. Alternativ kann auch vorgesehen sein, dass nur ein Teil des Kühlfluids in dem Kreislauf zirkuliert, während ein anderer Teil des Kühlfluids in die Umgebung abgegeben wird. In diesem Fall liegt ein teilgeschlossenes oder teiloffenes System vor.
Auch durch das Konzept der zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird somit, gleichermaßen wie bei der ersten Ausführungsform, eine Möglichkeit zur Kühlung eines Energiespeichers eines Kraftfahrzeugs beim Ladevorgang an einer Ladestation realisiert, bei der ein Verdampfen des Kühlfluids zu einer Effizienzsteigerung der Kühlwirkung führt und die gegenüber aus dem Stand der Technik bekannten Konzepten bezüglich der Speicherung und Verwendung des Kühlfluids vereinfacht ist. So erfolgt bei der zweiten Ausführungsform eine mehrfache Nutzung des Kühlfluids, wohingegen im Stand der Technik eine Abführung des Kühlfluids nach dem Verdampfen erfolgt und daher ständig neues Kühlfluid nachgeführt werden muss.
Im Rahmen der zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es bevorzugt vorgesehen, dass in den, insbesondere geschlossenen, Kreislauf eine das Kühlfluid nach der Übertragung der Wärmeenergie abkühlende Kühleinrichtung eingebunden ist. Die Kühleinrichtung kann beispielsweise ein Kondensator sein. Der Kühler kann wiederum selbst in einen Kühlkreislauf eingebunden sein oder beispielsweise mit Umgebungsluft, die dem Kühler etwa mittels eines Ventilators zugeführt wird, gekühlt werden.
Die im Folgenden erläuterten Merkmale sind grundsätzlich bezüglich beider Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens denkbar. Zudem ist bezüglich der beiden Ausführungsformen selbstverständlich denkbar, dass diese in Kombination realisiert sind.
Das Kühlfluid wird mittels der Fördereinrichtung, die beispielsweise eine Pumpe oder ein Kompressor sein kann, von dem Kühlfluidreservoir oder der Kühlfluidquelle zum Kühlelement geführt. Die Fördereinrichtung ist bevorzugt eine Komponente der Ladestation. Die Fördereinrichtung ist insbesondere in den Kreislauf mit eingebunden und bewirkt die Zirkulation respektive Umwälzung des Kühlfluids beziehungsweise des Gemischs im Kreislauf.
Dem Kühlelement kann anstelle des puren Kühlfluids auch ein Gemisch aus einem ersten und mindestens einem weiteren Kühlfluids oder alternativ ein Gemisch aus dem Kühlfluid und dem Gas zugeführt werden. Als Gas kann Umgebungsluft verwendet werden, insbesondere da Umgebungsluft in quasi unbegrenztem Umfang zur Verfügung steht und daher äußerst umweltfreundlich ist. So erfolgt beim Übergang des Kühlfluids vom flüssigen in den gasförmigen Zustand eine schlagartige Volumenausdehnung des verdampfendes Fluids. Das Gas in diesem Kühlfluid-Gas-Gemisch bewirkt hierbei eine gewisse Pufferwirkung, so dass einerseits die Volumenausdehnung nicht unmittelbar zu einem derart starken Druckanstieg führt, dass die Siedetemperatur des Kühlfluids unerwünscht ansteigt. Andererseits werden Komponenten wie entsprechende Verrohrungen und dergleichen durch diese Pufferwirkung vor erhöhtem Verschleiß geschont. Konkret kann vorgesehen sein, dass eine Gaszuführleitung in eine Kühlfluidleitung, insbesondere des Kreislaufs, mündet, wobei als Gas Umgebungsluft mittels einer Gasfördereinrichtung der Ladestation oder des Kraftfahrzeugs aus der Umgebung angesaugt wird.
Obgleich die Ladestation grundsätzlich mobil sein kann, ist diese bevorzugt ortsfest respektive stationär, wobei die ortsfeste Ladestation auch als Stromtankstelle oder Ladesäule bezeichnet werden kann. Die Ladestation ist mit einer Energiequelle, etwa mit einem öffentlichen Stromnetz und/oder mit einer Photovoltaikanlage oder dergleichen, verbunden. Zur Ausbildung der lösbaren elektrischen Verbindung zwischen der Ladestation und dem Kraftfahrzeug wird ein Ladekabel verwendet, wobei die Verbindung über entsprechende Stecker und Buchsen ausgebildet wird. Das Kabel kann fest mit dem Kraftfahrzeug oder fest mit der Ladestation verbunden sein oder auch beidseitig einen entsprechend lösbaren Stecker aufweisen.
Wie bereits erwähnt wurde, wird als Kühlfluid besonders bevorzugt Wasser verwendet. Im Rahmen der zweiten Ausführungsform kann als Kühlfluid alternativ, insbesondere zur Erhöhung des Siedepunkts mit Druck beaufschlagtes, CO₂ verwendet werden. Obgleich bezüglich der Verwendung des Kühlfluids weitere Kühlmittel denkbar sind, ist Wasser und CO₂ bei dem erfindungsgemäßen Verfahren besonders vorteilhaft, da diese Stoffe und allem voran Wasser aus ökologischer Sicht unproblematisch und aus ökonomischer Sicht kostengünstig sind.
Die Ladestation kann ein Kühlfluidreservoir umfassen und/oder mit einer Kühlfluidquelle verbunden sein. Das Kühlfluid kann mittels der Fördereinrichtung von dem Kühlfluidreservoir oder der Kühlfluidquelle zum Kühlelement geführt werden. Das Kühlfluidreservoir kann ein Tank sein, etwa ein Wassertank. Hierbei kann das Kühlfluid, etwa im Rahmen von regelmäßigen Wartungen, entsprechend nachzufüllen sein. Die Kühlfluidquelle kann ein öffentliches Wasserversorgungsnetz und/oder eine Niederschlagsauffangvorrichtung, sein, an das bzw. die die Ladestation angeschlossen ist. Insbesondere kann die Ladestation sowohl ein Kühlfluidreservoir umfassen als auch mit der Kühlfluidquelle verbunden sein. So kann das Kühlfluidreservoir, sobald oder spätestens wenn der Füllstand des Kühlfluids einen vorgegebenen Mindestfüllstands unterschreitet, automatisch mittels des Kühlfluids aus der Kühlfluidquelle befüllt werden, wozu elektronische Sensor-, Steuerungs- und Ventileinrichtungen vorgesehen sein können. Denkbar ist auch, dass das automatische Nachfüllen mittels eines in dem Kühlfluidreservoir angeordneten Schwimmers nach dem Konzept eines Toilettenspülkastens erfolgt.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann vorgesehen sein, dass das Kühlfluid oder das Gemisch nach der Übertragung der Wärmeenergie teilweise oder vollständig einem Phasentrenner des Kraftfahrzeugs oder der Ladestation zugeführt wird, mittels dem eine flüssige Phase, die aus dem flüssigen Kühlfluid besteht, und eine gasförmige Phase, die das verdampfte Kühlfluid umfasst, des Kühlfluids oder des Gemischs voneinander getrennt werden. Details bezüglich des Aufbaus und der Funktion des Phasentrenners, der auch als Phasenabscheider bezeichnet werden kann, sind dem Fachmann hinlänglich bekannt und werden an dieser Stelle nicht näher erläutert. Durch den Phasentrenner wird es ermöglicht, dass die flüssige und die gasförmige Phase des Kühlfluid-Gas-Gemischs bzw. des zweiphasigen Kühlfluids nach der Übertragung der Wärmeenergie separat weitergeführt werden.
Als Weiterbildung hiervon kann vorgesehen sein, dass die gasförmige Phase in die Umgebung abgeführt wird. Insbesondere, wenn es sich bei dem Gas um Umgebungsluft oder Kohlendioxid handelt, ist eine Rückführung desselben zur Ladestation nicht zwingend erforderlich und zweckmäßig. Stattdessen ist bevorzugt vorgesehen, dass dem Kühlfluid vor der Übertragung der Wärmeenergie frische und bezüglich des Kühlfluid-Dampfes ungesättigte Umgebungsluft zugeführt und so das Kühlfluid-Gas-Gemisch gebildet wird.
Die gasförmige Phase kann über eine Gasphasenabführleitung, die von dem Phasentrenner zu einer Gasphasenauslassöffnung des Kraftfahrzeugs oder der Ladestation führt, an die Umgebung abgeführt werden. Hierbei ist bevorzugt vorgesehen, dass die Fördereinrichtung im Bereich der Gasphasenabführleitung angeordnet ist. Die Fördereinrichtung kann eine Gaspumpe sein, die im Bereich des Phasentrenners und des Kühlelements einen Unterdruck erzeugt, der die Zirkulation des Kühlfluids im Kreislauf und/oder die Reduktion des Drucks nach dem Druckreduktionselement antreibt bzw. bewirkt.
Bezüglich der abgeschiedenen flüssigen Phase ist denkbar, dass diese dem flüssigen Kühlfluid vor der Übertragung der Wärmeenergie zugeführt wird. So durchläuft die flüssige Phase einen Kreislauf, der, sofern die gasförmige Phase in die Umgebung abgeführt wird, als „halboffenes System“ bezeichnet werden kann. Grundsätzlich kann die flüssige Phase dem Kühlfluidreservoir der Ladestation oder einer ladestationsseitigen Kühlfluidleitung zugeführt werden. Bevorzugt wird es jedoch, wenn die flüssige Phase dem flüssigen Kühlfluid kraftfahrzeugseitig, beispielsweise direkt in das Kühlelement oder in eine zum Kühlelement führende Kühlfluidleitung, eingespeist wird, da in diesem Fall eine Rückführverbindung für das Kühlfluid zum Kraftfahrzeug nicht erforderlich ist. Sofern das Kühlfluid in einem ausschließlich kraftfahrzeugseitigen Kreislauf zirkuliert, dann wird die Menge an Kühlfluid, die mittels der zwischen dem Kraftfahrzeug und der Ladestation vorliegenden Kühlfluidverbindung übertragen werden muss, verringert, so dass die entsprechende Verbindungsleitung kleiner dimensioniert werden kann.
Als Kühlelement kann eine mit dem Energiespeicher in thermischem Kontakt stehende Kühlplatte verwendet werden. Bei der Erwärmung des Energiespeichers wird Wärmeenergie auf die Kühlplatte übertragen, wobei das Kühlfluid wiederum mit der Kühlplatte in thermischem Kontakt steht, so dass die Wärmeenergie auf das Kühlfluid übertragen wird. Das Kühlfluid bzw. das Gemisch kann durch entlang einer Oberfläche der Kühlplatte ausgebildete Kühlkanäle strömen. Zusätzlich oder alternativ kann die Kühlplatte von Kühlkanäle durchzogen sein, durch die das Kühlfluid bzw. das Gemisch strömt.
Als Kühlelement kann ein Wärmeübertrager verwendet werden, mittels dem Wärmeenergie von einem in einem Kühlkreislauf zur Kühlung des Energiespeichers zirkulierenden Kühlmittel auf das Kühlfluid übertragen wird. Der Kühlkreislauf des Kraftfahrzeugs kann entweder ausschließlich zur Übertragung von Wärmeenergie von dem Energiespeicher zu dem Wärmeübertrager oder als ein aktiver Kühlreislauf vorgesehen sein. „Aktiv“ bedeutet hierbei, dass der Kühlkreislauf selbst bereits eine Kühlwirkung bereitstellt und etwa nach dem Konzept einer Kältemaschine arbeitet. Der Kühlkreislauf kann insbesondere zur Kühlung des Energiespeichers in einem Fahrbetrieb des Kraftfahrzeugs ausgebildet und vorgesehen sein. Die mittels des Kühlkreislaufs realisierbare Kühlwirkung wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren beim Ladevorgang entsprechend verstärkt.
Außerdem ist denkbar, dass der Energiespeicher in thermischen Kontakt mit wenigstens einem weiteren Kühlelement steht, das in einen separaten Kühlkreislauf eingebunden ist. Der separate Kühlkreislauf ist unabhängig von dem Kühlkreislauf betreibbar. Beide Kühlelemente und Kühlkreisläufe können mithin unabhängig und getrennt voneinander arbeiten, wobei der separate Kühlkreislauf insbesondere zur Kühlung des Energiespeichers in einem Fahrbetrieb des Kraftfahrzeugs vorgesehen ist.
Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Kraftfahrzeug, umfassend wenigstens einen elektrischen Energiespeicher, eine elektrische Schnittstelle, insbesondere eine Ladebuchse, zur Ausbildung einer lösbaren elektrischen Verbindung, mittels der elektrische Energie von einer kraftfahrzeugexternen Ladestation zu dem Energiespeicher übertragbar ist, und eine Kühlfluidschnittstelle, insbesondere einen Anschlussstutzen, zur Ausbildung einer lösbaren Kühlfluidverbindung, mittels der ein Kühlfluid durch eine Fördereinrichtung von der Ladestation zu wenigstens einem Kühlelement des Kraftfahrzeugs führbar ist, so dass Wärmeenergie von dem Energiespeicher über das Kühlelement auf das Kühlfluid übertragbar und mittels des Kühlfluids abführbar ist, umfasst.
Gemäß einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs ist zudem vorgesehen, dass dieses zur Durchführung der ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildet ist. Ferner ist im Rahmen der ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs vorgesehen, dass das Kraftfahrzeug das Druckreduktionselement und/oder einen Phasentrenner, dem das Kühlfluid oder das Gemisch nach der Übertragung der Wärmeenergie teilweise oder vollständig zuführbar ist und mittels dem eine flüssige Phase, die aus dem flüssigen Kühlfluid besteht, und eine gasförmige Phase, die aus dem gasförmigen Kühlfluid und/oder dem Gas besteht, des Kühlfluids oder des Gemischs voneinander trennbar sind, aufweist.
Sofern das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug den Phasentrenner umfasst, kann vorgesehen sein, dass es eine Flüssigphasenabführleitung aufweist, die vom Phasentrenner zu dem Kühlelement und/oder zu der oder einer zum Kühlelement führenden Kühlfluidleitung führt, wobei die flüssige Phase mittels der Flüssigphasenabführleitung dem flüssigen Kühlfluid kraftfahrzeugseitig und vor der Übertragung der Wärmeenergie zuführbar ist. Zusätzlich oder alternativ kann vorgesehen sein, dass das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug eine Gasphasenabführleitung aufweist, die von dem Phasentrenner zu einer Gasphasenauslassöffnung des Kraftfahrzeugs führt, wobei die gasförmige Phase mittels der Gasphasenabführleitung, in der insbesondere die Fördereinrichtung angeordnet ist, in die Umgebung abführbar ist. Die Gasphasenauslassöffnung kann beispielsweise im Bereich des Unterbodens oder des Außenblechs des Kraftfahrzeugs, insbesondere abgedeckt von einer Hutze oder dergleichen, angeordnet sein.
Gemäß einer zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs ist bei einem Kraftfahrzeug gemäß obiger Beschreibung zudem vorgesehen, dass dieses zur Durchführung der zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildet ist. Ferner ist im Rahmen der zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs vorgesehen, dass dieses eine Rückführverbindungsschnittstelle aufweist, mittels der eine lösbare Rückführverbindung von dem Kraftfahrzeug zu der Ladestation, über die das Kühlfluid oder das Gemisch nach der Übertragung der Wärmeenergie zur Ausbildung des Kreislaufs führbar ist. Zusätzlich oder alternativ kann bei dieser Ausführungsform vorgesehen sein, dass das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug eine Flüssigphasenabführleitung aufweist, die von einem Phasentrenner zu dem Kühlelement und/oder zu der oder einer zum Kühlelement führenden Kühlfluidleitung führt und mittels der eine flüssige Phase des Kühlfluids oder des Gemischs dem flüssigen Kühlfluid kraftfahrzeugseitig und vor der Übertragung der Wärmeenergie zur Ausbildung des Kreislaufs zuführbar ist.
Sämtliche im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erläuterten Merkmale, Vorteile und Aspekte sind gleichermaßen auf das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug anwendbar und umgekehrt.
Die vorliegende Erfindung betrifft außerdem eine Ladestation zum Laden wenigstens eines elektrischen Energiespeichers eines Kraftfahrzeugs, umfassend eine elektrische Schnittstelle, insbesondere ein Ladekabel mit einem Stecker, zur Ausbildung einer lösbaren elektrischen Verbindung, mittels der elektrische Energie von der kraftfahrzeugexternen Ladestation zu dem Energiespeicher übertragbar ist, und eine Kühlfluidschnittstelle, insbesondere einen Schlauch mit einem Anschlussstecker, zur Ausbildung einer lösbaren Kühlfluidverbindung, mittels der ein Kühlfluid durch eine Fördereinrichtung von der Ladestation zu wenigstens einem Kühlelement des Kraftfahrzeugs führbar ist, so dass Wärmeenergie von dem Energiespeicher über das Kühlelement auf das Kühlfluid übertragbar und mittels des Kühlfluids abführbar ist.
Gemäß einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Ladestation ist zudem vorgesehen, dass diese zur Durchführung der ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildet ist. Bei der ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Ladestation ist zudem vorgesehen, dass diese das Druckreduktionselement und/oder einen Phasentrenner, dem das Kühlfluid oder das Gemisch nach der Übertragung der Wärmeenergie teilweise oder vollständig zuführbar ist und mittels dem eine flüssige Phase, die aus dem flüssigen Kühlfluid besteht, und eine gasförmige Phase, die aus dem gasförmigen Kühlfluid und/oder dem Gas besteht, des Kühlfluids oder des Gemischs voneinander trennbar sind, aufweist.
Sofern die erfindungsgemäße Ladestation den Phasentrenner umfasst, kann vorgesehen sein, dass sie eine Flüssigphasenabführleitung aufweist, die von dem Phasentrenner zu einem Kühlfluidreservoir und/oder zu der oder einer zur Kühlfluidschnittstelle führenden Kühlfluidleitung führt, wobei die flüssige Phase mittels der Flüssigphasenabführleitung dem flüssigen Kühlfluid ladestationsseitig und vor der Übertragung der Wärmeenergie zuführbar ist. Zusätzlich oder alternativ kann vorgesehen sein, dass die erfindungsgemäße Ladestation eine Gasphasenabführleitung aufweist, die von dem Phasentrenner zu einer Gasphasenauslassöffnung der Ladestation führt, wobei die gasförmige Phase mittels der Gasphasenabführleitung in die Umgebung, insbesondere über eine Gasphasenauslassöffnung der Ladestation, abführbar ist.
Gemäß einer zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Ladestation ist bei der oben beschriebenen Ladestation vorgesehen, dass diese zur Durchführung der zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildet ist. Bei der zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Ladestation ist zudem vorgesehen, dass diese eine Rückführverbindungsschnittstelle, insbesondere einen Schlauch mit einem Anschlussstecker, aufweist, mittels der eine lösbare Rückführverbindung von dem Kraftfahrzeug zu der Ladestation, über die das Kühlfluid oder das Gemisch nach der Übertragung der Wärmeenergie zur Ausbildung des Kreislaufs führbar ist, aufweist.
Die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und dem erfindungsgemäßen Kraftfahrzeug erläuterten Merkmale, Vorteile und Aspekte sind gleichermaßen auf die erfindungsgemäße Ladestation anwendbar und umgekehrt.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnungen. Dabei zeigen schematisch:

1 eine Anordnung umfassend ein erstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs und ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Ladestation zur Erläuterung eines ersten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens,
2 eine Anordnung umfassend ein zweites Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs und ein zweites Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Ladestation zur Erläuterung eines zweiten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens,
3 eine Anordnung umfassend ein drittes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs und ein drittes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Ladestation zur Erläuterung eines dritten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens, und
4 eine Anordnung umfassend ein viertes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs und ein viertes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Ladestation zur Erläuterung eines vierten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Die äußerst schematischen 1 bis 4 zeigen jeweils eine Anordnung aus einem Kraftfahrzeug 1 und einer Ladestation 2 im Rahmen mehrerer erfindungsgemäßer Ausführungsbeispiele. Das zu den einzelnen Figuren Erläuterte gilt gleichermaßen für die jeweils anderen Figuren, sofern diese nicht explizit hiervon abweichen.
Das in 1 gezeigte Kraftfahrzeug 1 ist ein Elektrofahrzeug mit einem als eine Traktionsbatterie ausgebildeten elektrischen Energiespeicher 3. Das Kraftfahrzeug 1 ist im gezeigten Zustand mit der Ladestation 2 zum Aufladen des Energiespeichers 3 elektrisch lösbar verbunden. Die Ladestation 2 ist eine ortsfeste Ladesäule, die, was in 1 nicht näher dargestellt ist, mit einer Energiequelle, etwa mit einem öffentlichen Stromnetz und/oder mit einer Solaranlage oder dergleichen, verbunden ist.
Zur Ausbildung der lösbaren elektrischen Verbindung zwischen dem Kraftfahrzeug 1 und der Ladestation 2 ist seitens des Kraftfahrzeugs 1 eine elektrische Schnittstelle 4 und seitens der Ladestation 2 eine elektrische Schnittstelle 5 vorgesehen. Die kraftfahrzeugseitige elektrische Schnittstelle 4 ist als eine Ladebuchse 6 und die ladestationsseitige elektrische Schnittstelle 5 als ein Ladekabel 7 mit einem in die Ladebuchse 6 einsteckbaren Stecker ausgebildet. Obgleich bei den gezeigten Ausführungsbeispielen das Ladekabel 7 fest mit der Ladestation 2 verbunden ist und eine Komponente derselben darstellt, ist es auch denkbar, dass das Ladekabel 7 eine separate Komponente ist, das beidseitig zur Ausbildung einer entsprechenden Steckverbindung ausgebildet ist, und zwar auf der einen Seite mit dem Kraftfahrzeug 1 und auf der anderen Seite mit der Ladestation 2.
Das Kraftfahrzeug 1 ist mit der Ladestation 2 ferner über eine lösbare Kühlfluidverbindung verbunden, mittels der ein Kühlfluid 9 von der Ladestation 2 zu dem Kraftfahrzeug 1 führbar ist. Als Kühlfluid 9 wird vorliegend Wasser verwendet. Zur Ausbildung der Kühlfluidverbindung ist eine Kühlfluidschnittstelle 10 des Kraftfahrzeugs 1 und eine Kühlfluidschnittstelle 11 der Ladestation 2 vorgesehen. Die kraftfahrzeugseitige Kühlfluidschnittstelle 10 ist als ein Anschlussstutzen 12 und die ladestationsseitige Kühlfluidschnittstelle 11 als ein Schlauch 13 mit einem Anschlussstecker 14, der in den Anschlussstutzen 12 einsteckbar ist, ausgebildet.
Mittels der Kühlfluidverbindung ist das Kühlfluid 9 von der Ladestation 2 zu einem Kühlelement 15 des Kraftfahrzeugs 1 führbar. Das Kühlelement 15 ist in den Ausführungsbeispielen als eine mit dem Energiespeicher 3 in thermischem Kontakt stehende Kühlplatte ausgebildet, durch die nicht näher dargestellte Kühlkanäle verlaufen. Das Kühlfluid 9 strömt nach der Zuführung zum Kühlelement 15 durch die Kühlkanäle. Hierbei wird Wärmeenergie von dem Energiespeicher 3 auf das Kühlelement 15 und von dem Kühlelement 15 wiederum auf das Kühlfluid 9 übertragen, so dass während des Ladevorgangs des Kraftfahrzeugs 1 eine Kühlung des Energiespeichers 3 erfolgt.
Bezüglich des Kühlelements 15 ist auch denkbar, dass dieses ein Wärmeübertrager ist, der in einen ladestationsunabhängigen und seitens des Kraftfahrzeugs 1 vorgesehenen Kühlkreislauf 36 eingebunden ist. Der Kühlkreislauf 36 ist in der 1 gestrichelt und unter Weglassung weiterer hierin eingebundener Komponenten angedeutet. In dem Kühlkreislauf 36 zirkuliert ein Kühlmittel, so dass Wärmeenergie von dem Energiespeicher 3 auf eine in thermischen Kontakt mit dem Energiespeicher 3 stehenden Kühlplatte, die in den Kühlkreislauf 36 eingebunden ist und von dem Kühlmittel durchströmt wird, übertragen wird. Anschließend durchströmt das Kühlmittel den Wärmeübertrager, wodurch die Wärme auf das den Wärmeübertrager durchströmende Kühlfluid 9 übertragen wird.
Der Kühlkreislauf 36 des Kraftfahrzeugs 1 kann ausschließlich zur Übertragung von Wärmeenergie von dem Energiespeicher 3 zu dem Kühlelement 15 vorgesehen sein. Der Kühlkreislauf 36 kann alternativ als ein aktiver Kühlreislauf vorgesehen sein, wobei „aktiv“ bedeutet, dass im Kühlkreislauf 36 selbst, abgesehen vom Kühlelement 15, zusätzlich eine weitere Kühlwirkung bezüglich des Kühlmittels erfolgt. So kann der Kühlkreislauf 36 gemäß dem Konzept einer Kältemaschine arbeiten. In den Kühlkreislauf 36 kann ein weiterer Wärmeübertrager eingebunden sein, der seinerseits an einen Kältemittelkreislauf gekoppelt ist. Der Kühlkreislauf 36 kann einen weiteren Wärmeübertrager aufweisen, in dem das Kühlmittel etwa mittels einer Luftkühlung gekühlt wird. Der Kühlkreislauf 36 kann insbesondere zur Kühlung des Energiespeichers 3 in einem Fahrbetrieb des Kraftfahrzeugs 1 ausgebildet und vorgesehen sein. Die mittels des Kühlkreislaufs 36 realisierte Kühlwirkung wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren beim Ladevorgang entsprechend verstärkt.
Denkbar ist auch, dass der Energiespeicher 3 mit mindestens einem weiteren, in den Figuren nicht dargestellten, Kühlelement in thermischen Kontakt steht, das wiederum in einen separaten Kühlkreislauf eingebunden ist. In diesem Fall liegt das Kühlelement 15 zusätzlich zu dem weiteren nicht skizzierten Kühlelement zur Temperierung des Energiespeichers 3 vor, wobei beide Kühlelemente unabhängig und getrennt voneinander arbeiten können. So kann das weitere Kühlelement und der separate Kühlkreislauf auch losgelöst von dem Kühlelement 15 vorliegen und betrieben werden.
Die Ladestation 2 umfasst ein als ein Wassertank vorgesehenes Kühlfluidreservoir 16 zur Aufnahme des Kühlfluids 9. Alternativ zu dem Kühlfluidreservoir 16 kann die Ladestation 2 an eine Kühlfluidquelle wie ein öffentliches Wasserversorgungsnetz angebunden sein. Dies kann auch bei den vorliegend gezeigten Ausführungsbeispielen der Fall sein, so dass das Kühlfluidreservoir automatisch aufgefüllt wird, sobald der Stand des Kühlfluids 9 im Kühlfluidreservoir 16 einen vorgegebenen Mindeststand unterschreitet. Weiter ist zur Befüllung des Kühlfluidreservoirs 16, soweit dieses Wasser als Kühlfluid 9 verwendet wird, auch dankbar, dass Niederschläge mittels entsprechender Auffangvorrichtungen gesammelt werden. Ein Auffüllen des Kühlfluidreservoirs 16 kann bei Niederschlagsaufkommen so lange erfolgen, bis das Reservoir 16 vollständig befüllt ist. In diesem Zusammenhang können Aufbereitungsvorrichtungen zur Aufbereitung der Niederschläge in Form von bspw. Partikel- und/oder Schmutzfilter vorgesehen sein.
Bezogen auf die 1 zirkuliert das Kühlfluid 9 in einem Kreislauf 17, der von der Ladestation 2 zum Kraftfahrzeug 1 und wieder zurück führt. So ist zu diesem Zweck das Kraftfahrzeug 1 und die Ladestation 2 ferner über eine lösbare Rückführverbindung verbunden. Zur Ausbildung derselben umfasst das Kraftfahrzeug 1 eine Rückführverbindungsschnittstelle 18 und die Ladestation 2 eine Rückführverbindungsschnittstelle 19. Die kraftfahrzeugseitige Rückführverbindungsschnittstelle 18 ist als ein Anschlussstutzen 20 und die ladestationsseitige Rückführverbindungsschnittstelle 19 als ein Schlauch 21 mit einem Anschlussstecker 22 ausgeführt.
Die im Zusammenhang mit 1 beschriebenen Komponenten 6, 8, 12, 14, 20 und 22 der Steckverbindungen können als eine gemeinsame Steckverbindung 23 vorgesehen sein, so dass ein Nutzer beim Anschließen des Kraftfahrzeugs 1 an die Ladestation 2 nicht mehrere Stecker separat, sondern lediglich einen einzigen Stecker anzuschießen braucht. Die gemeinsame Steckverbindung 23 wird in den Figuren durch einen gestrichelten Kasten schematisch angedeutet. Auch das Ladekabel 7 sowie die Schläuche 13 und 21 sind bevorzugt zu einer gemeinsamen, mehradrigen Verbindungsleitung zusammengefasst bzw. gebündelt. Wie bereits oben im Zusammenhang mit dem Ladekabel 7 erläutert wurde, ist es auch in diesem Fall denkbar, dass die gemeinsame Verbindungsleitung eine separate Komponente ist, die beidseitig zur Ausbildung einer gemeinsamen Steckverbindung ausgebildet ist, und zwar auf der einen Seite mit dem Kraftfahrzeug 1 und auf der anderen Seite mit der Ladestation 2.
Nachfolgend werden Details bezüglich des Kreislaufs 17 beschrieben. Zunächst ist das Kühlfluid 9 in dem Kühlfluidreservoir 16 der Ladestation 2 aufgenommen, was als Startpunkt dieses Kreislaufs erachtet werden kann. Dem Kühlfluidreservoir 16 nachgeschaltet ist ein als eine Drossel ausgebildetes Druckreduktionselement 26, mittels dem der Druck in dem Kühlfluid 9 beim Passieren dieser Stelle reduziert wird. Denkbar ist auch, dass das Druckreduktionselement 26 eine Turbine ist, mittels der dem Kühlfluid Energie entzogen wird, die zum Beispiel zum Betrieb einer Fördereinrichtung 25, auf die weiter unten noch eingegangen wird, genutzt wird. Von dem Druckreduktionselement 26 aus strömt das Kühlfluid 9 über die Kühlfluidverbindung, also über die Kühlfluidschnittstellen 10, 11, zu dem Kühlelement 15 und nimmt dort die Wärmeenergie des Energiespeichers 3 auf. Von dort aus fließt das Kühlfluid 9 weiter über die Rückführverbindung, also über die Rückführverbindungsschnittstellen 18, 19, zurück zu der Ladestation 2. Dort durchströmt es zunächst die Fördereinrichtung 25, die vorliegend, abhängig vom eingesetzten Kühlfluid 9, eine Pumpe oder ein Kompressor bzw. ein Verdichter ist und mittels der die Zirkulation des Kühlfluids 9 in dem Kreislauf 17 angetrieben wird. Anschließend durchläuft das Kühlfluid 9 einen Kühler 24, der vorliegend ein Kondensator ist, in dem das Kühlfluid 9 abgekühlt wird und kondensiert. Der Kühler24 ist beispielsweise luftgekühlt oder mit einem weiteren Kühlmittel entsprechend beaufschlagt. Anschließend wird das abgekühlte Kühlfluid 9 dem Kühlfluidreservoir 16 zugeführt und der Kreislauf 17 ist geschlossen.
Die Druckreduktion des Kühlfluids 9 durch das Druckreduktionselement 26 bewirkt, dass die Siedetemperatur des Kühlfluids 9 respektive des Wassers sinkt, so dass das Kühlfluid 9 bei der Übertragung der Wärmeenergie im oder am Kühlelement 15 zumindest teilweise verdampft respektive siedet. So liegt das Kühlfluid 9 im Kreislauf 17 ab dem Kühlelement 15 als ein Zweiphasengemisch aus flüssigem und gasförmigem Kühlfluid 9 vor. Sofern das Kühlfluid 9 vollständig verdampft, liegt es ab dieser Stelle als reines Kühlfluid-Gas vor. Für die Verdampfung ist zusätzliche Energie erforderlich, die auch als Verdampfungsenthalpie bezeichnet wird, so dass die Kühlwirkung des Kühlfluids 9 auf das Kühlelement 15 respektive den Energiespeicher 3 erhöht wird.
Nachfolgend werden Details bezüglich der in 2 gezeigten Anordnung erläutert. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird das Kühlfluid 9 nach der Übertragung der Wärmeenergie und nach dem Durchströmen der Rückführverbindung einem Phasentrenner 27 der Ladestation 2 zugeführt, mittels dem eine flüssige Phase 28, die aus dem flüssigen Kühlfluid 9 besteht, und eine gasförmige Phase 29, die aus dem gasförmigen Kühlfluid 9 besteht, des Kühlfluids 9 voneinander getrennt werden.
Die Ladestation 2 umfasst eine Flüssigphasenabführleitung 30, die von dem Phasentrenner 27 zu einer zur Kühlfluidschnittstelle 11 führenden Kühlfluidleitung 31 führt, so dass die flüssige Phase 28 dem flüssigen Kühlfluid 9 ladestationsseitig und vor der Übertragung der Wärmeenergie zugeführt wird. Alternativ ist denkbar, dass die Flüssigphasenabführleitung 30 zu dem Kühlfluidreservoir 16 führt. Sollte ein natürlicher, insbesondere mittels sich ohnehin einstellender Druckverhältnisse in den Leitungen und/oder mittels der Schwerkraft bewirkter, Kühlfluidzufluss über die Flüssigphasenabführleitung 30 in den Zuleitungsabschnitt bzw. Schlauch 13 nicht gegeben sein so kann über ein weiteres Förderelement, bspw. vorgesehen in der Flüssigphasenabführleitung 30, dieser unterstützt werden.
Die Ladestation 2 umfasst ferner eine Gasphasenabführleitung 32, die von dem Phasentrenner 27 zu einer Gasphasenauslassöffnung 33 der Ladestation 2, die exemplarisch seitlich an dieser angeordnet ist, führt. Die gasförmige Phase 28 wird über die Gasphasenabführleitung 32 und die Gasphasenauslassöffnung 33 in eine Umgebung 34 der Anordnung abgeführt. Die Fördereinrichtung 25 ist bei diesem Ausführungsbeispiel im Bereich der Gasphasenabführleitung 32 angeordnet. Das heißt, dass der hinter der Fördereinrichtung entstehende Unterdruck für die Zirkulation des Kühlfluids 9 in dem Kreislauf 17 sorgt. Da in dem in 2 gezeigten System nur ein Teil des Kühlfluids 9 in dem Kreislauf 17 zirkuliert und der andere Teil, also die gasförmige Phase 29 nach außen abgeführt wird, kann dieses System auch als teilgeschlossen bzw. teiloffen bezeichnet werden.
Obgleich dies in der 2 nicht explizit gezeigt ist, ist denkbar, dass dem Kühlfluid 9, insbesondere in dem Bereich des Kühlfluidreservoirs 16 respektive des Druckreduktionselement 26, ein Gas zugeführt wird, so dass in dem Kreislauf 17 zumindest zwischen der Stelle, an der dem Kühlfluid 9 das Gas zugeführt wird, und dem Phasentrenner 27, in dem die gasförmige Phase 29 samt Gas abgeführt wird, ein Gemisch bestehend aus dem Kühlfluid 9 und dem Gas vorliegt. Zu diese Zweck kann eine Gaszuführleitung in eine Leitung des Kreislaufs 17 münden, wobei als Gas etwa Umgebungsluft mittels einer Gasfördereinrichtung der Ladestation 2 aus der Umgebung 34 angesaugt wird. Dieser Aspekt betreffend das Kühlfluid-Gas-Gemisch ist auch bei den im Folgenden erläuterten Ausführungsbeispielen denkbar, insbesondere da auch bei diesen der Phasentrenner 27 vorgesehen ist.
Nachfolgend wird die Anordnung gemäß 3 erläutert, die, abgesehen von den nachfolgend erläuterten Punkten, der in 2 gezeigten Anordnung entspricht. So ist auch hier der Phasentrenner 27 vorgesehen, der jedoch im Gegensatz zu 2 eine Komponente des Kraftfahrzeugs 1 ist. So weist nicht die Ladestation 2, sondern das Kraftfahrzeug 1 die Flüssigphasenabführleitung 30 auf, die vom Phasentrenner 27 zu einer zum Kühlelement 15 führenden Kühlfluidleitung 35 führt, so dass die flüssige Phase 28 dem flüssigen Kühlfluid 9 kraftfahrzeugseitig und vor der Übertragung der Wärmeenergie zugeführt wird. Alternativ kann die Flüssigphasenabführleitung 30 direkt zum Kühlelement 15 führen. Sollte ein natürlicher Kühlfluidzufluss über die Flüssigphasenabführleitung 30 in den Zuleitungsabschnitt bzw. die Kühlfluidleitung 35 nicht gegeben sein, so kann über ein weiteres Förderelement, bspw. vorgesehen in der Flüssigphasenabführleitung 30, dieser unterstützt werden. Auch das entsprechende Förderelement ist in diesem Fall fahrzeugseitig vorgesehen.
Ferner ist seitens des Kraftfahrzeugs 1 die Gasphasenabführleitung 32 vorgesehen, die von dem Phasentrenner 27 zur Rückführverbindung respektive zu den Rückführverbindungsschnittstellen 18, 19 führt, so dass die gasförmige Phase 29 über die Rückführverbindung zur Ladestation 2 respektive einer Gasphasenabführleitung 32 der Ladestation 2, in der die Fördereinrichtung 25 angeordnet ist und die in die Gasphasenauslassöffnung 33 der Ladestation 3 mündet, geführt wird. So kann das in 3 gezeigte System, gleichermaßen wie das in 2 gezeigte, als teilgeschlossen bzw. teiloffen bezeichnet werden. Der Kreislauf 17, in dem das Kühlfluid 9 zirkuliert, ist bei der 3 jedoch ausschließlich seitens des Kraftfahrzeugs 1 ausgebildet.
Die in der 4 gezeigte Anordnung entspricht im Wesentlichen der in 3 gezeigten. Ein Unterschied besteht darin, dass die gasförmige Phase 29 von dem Phasentrenner 27 nicht über die Rückführverbindung zur Ladestation 2 geführt wird, sondern dass die Gasphasenabführleitung 32 und die Gasphasenauslassöffnung 33 jeweils eine Komponente des Kraftfahrzeugs 1 ist. Selbiges gilt für das Fördermittel 25, das im Bereich der Gasphasenabführleitung 32 angeordnet ist. Die Gasphasenauslassöffnung 33 kann beim Kraftfahrzeug 1 im Bereich des Unterbodens oder des Außenblechs, insbesondere mittels einer Hutze abgedeckt, angeordnet sein.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102012220218 A1 [0004]
DE 102010007975 A1 [0004]
US 4415847 A [0004]
DE 102017202391 A1 [0005]

Claims

Verfahren zum Laden wenigstens eines elektrischen Energiespeichers (3) eines Kraftfahrzeugs (1), wobei elektrische Energie von einer kraftfahrzeugexternen Ladestation (2) über eine lösbare elektrische Verbindung zu dem Energiespeicher (3) übertragen wird, wobei ein Kühlfluid (9) von der Ladestation (2) über eine lösbare Kühlfluidverbindung und mittels einer Fördereinrichtung (25) zu wenigstens einem Kühlelement (15) des Kraftfahrzeugs (1) geführt wird, so dass Wärmeenergie von dem Energiespeicher (3) über das Kühlelement (15) auf das Kühlfluid (9) übertragen und mittels des Kühlfluids (9) abgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass ein Druck in dem Kühlfluid (9) oder in einem Gemisch, das aus dem Kühlfluid (9) und einem Gas besteht, vor und/oder bei der Zuführung zum Kühlelement (15) mittels wenigstens eines Druckreduktionselements (26) reduziert wird, so dass die Siedetemperatur des Kühlfluids (9) derart sinkt, dass es bei der Übertragung der Wärmeenergie zumindest teilweise verdampft.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Druckreduktionselement (26) ein Expansionsorgan, insbesondere eine Drossel, und/oder eine Turbine, durch die dem Kühlfluid (9) oder dem Gemisch Energie entzogen wird, verwendet wird.
Verfahren zum Laden wenigstens eines elektrischen Energiespeichers (3) eines Kraftfahrzeugs (1), insbesondere nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei elektrische Energie von einer kraftfahrzeugexternen Ladestation (2) über eine lösbare elektrische Verbindung zu dem Energiespeicher (3) übertragen wird, wobei ein Kühlfluid (9) von der Ladestation (2) über eine lösbare Kühlfluidverbindung und mittels einer Fördereinrichtung (25) zu wenigstens einem Kühlelement (15) des Kraftfahrzeugs (1) geführt wird, so dass Wärmeenergie von dem Energiespeicher (3) über das Kühlelement (15) auf das Kühlfluid (9) übertragen und mittels des Kühlfluids (9) abgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass das bei der Übertragung der Wärmeenergie verdampfende Kühlfluid (9) zumindest teilweise in einem Kreislauf (17), in dem das Kühlelement (15) eingebunden ist, zirkuliert.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass in den Kreislauf (17) eine das Kühlfluid (9) nach der Übertragung der Wärmeenergie abkühlende Kühleinrichtung (24), insbesondere ein Kondensator, eingebunden ist.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Kühlfluid (9) Wasser oder CO₂ und/oder dass als Gas Umgebungsluft verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ladestation (2) ein Kühlfluidreservoir (16) umfasst und/oder mit einer Kühlfluidquelle verbunden ist, wobei das Kühlfluid (9) mittels der Fördereinrichtung (25) von dem Kühlfluidreservoir (16) oder der Kühlfluidquelle zum Kühlelement (15) geführt wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlfluid (9) oder das Gemisch nach der Übertragung der Wärmeenergie teilweise oder vollständig einem Phasentrenner (27) des Kraftfahrzeugs (1) oder der Ladestation (2) zugeführt wird, mittels dem eine flüssige Phase (28), die aus dem flüssigen Kühlfluid (9) besteht, und eine gasförmige Phase (29), die das verdampfte Kühlfluid (9) umfasst, des Kühlfluids (9) oder des Gemischs voneinander getrennt werden.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die gasförmige Phase (29) in die Umgebung (34) abgeführt wird und/oder dass die flüssige Phase (28) dem flüssigen Kühlfluid (9) vor der Übertragung der Wärmeenergie zugeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei die gasförmige Phase in die Umgebung abgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die gasförmige Phase (29) über eine Gasphasenabführleitung (32), die von dem Phasentrenner (27) zu einer Gasphasenauslassöffnung (33) des Kraftfahrzeugs (1) oder der Ladestation (2) führt, in die Umgebung (34) abgeführt wird, wobei die Fördereinrichtung (25) im Bereich der Gasphasenabführleitung (32) angeordnet ist.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Kühlelement (15) eine mit dem Energiespeicher (3) in thermischem Kontakt stehende Kühlplatte oder ein Wärmeübertrager, mittels dem Wärmeenergie von einem in einem ladestationsunabhängigen Kühlkreislauf (36) zur Kühlung des Energiespeichers (3) zirkulierenden Kühlmittels auf das Kühlfluid (9) übertragen wird, verwendet wird.
Kraftfahrzeug, umfassend wenigstens einen elektrischen Energiespeicher (3), eine elektrische Schnittstelle (4), insbesondere eine Ladebuchse (6), zur Ausbildung einer lösbaren elektrischen Verbindung, mittels der elektrische Energie von einer kraftfahrzeugexternen Ladestation (2) zu dem Energiespeicher (3) übertragbar ist, und eine Kühlfluidschnittstelle (10), insbesondere einen Anschlussstutzen (11), zur Ausbildung einer lösbaren Kühlfluidverbindung, mittels der ein Kühlfluid (9) durch eine Fördereinrichtung (25) von der Ladestation (2) zu wenigstens einem Kühlelement (3) des Kraftfahrzeugs (1) führbar ist, so dass Wärmeenergie von dem Energiespeicher (3) über das Kühlelement (15) auf das Kühlfluid (9) übertragbar und mittels des Kühlfluids (9) abführbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass das zur Durchführung des Verfahrens entweder nach einem der Ansprüche 1 oder 2 oder nach Anspruch 1 und einem der Ansprüche 3 bis 10 ausgebildete Kraftfahrzeug (1) - das Druckreduktionselement (26) und/oder - einen Phasentrenner (27), dem das Kühlfluid (9) oder das Gemisch nach der Übertragung der Wärmeenergie teilweise oder vollständig zuführbar ist und mittels dem eine flüssige Phase (28), die aus dem flüssigen Kühlfluid (9) besteht, und eine gasförmige Phase (29), die aus dem gasförmigen Kühlfluid (9) und/oder dem Gas besteht, des Kühlfluids (9) oder des Gemischs voneinander trennbar sind, aufweist.
Kraftfahrzeug nach Anspruch 11, umfassend den Phasentrenner (27), dadurch gekennzeichnet, - dass das Kraftfahrzeug (1) eine Flüssigphasenabführleitung (30) aufweist, die vom Phasentrenner (27) zu dem Kühlelement (15) und/oder zu einer zum Kühlelement (15) führenden Kühlfluidleitung (35) führt, wobei die flüssige Phase (28) mittels der Flüssigphasenabführleitung (30) dem flüssigen Kühlfluid (9) kraftfahrzeugseitig und vor der Übertragung der Wärmeenergie zuführbar ist, und/oder - dass das Kraftfahrzeug (1) eine Gasphasenabführleitung (32) aufweist, die von dem Phasentrenner (27) zu einer Gasphasenauslassöffnung (33) des Kraftfahrzeugs (1) führt, wobei die gasförmige Phase (29) mittels der Gasphasenabführleitung (32), in der insbesondere die Fördereinrichtung (25) angeordnet ist, in die Umgebung (34) abführbar ist.
Kraftfahrzeug, umfassend wenigstens einen elektrischen Energiespeicher (3), eine elektrische Schnittstelle (4), insbesondere eine Ladebuchse (6), zur Ausbildung einer lösbaren elektrischen Verbindung, mittels der elektrische Energie von einer kraftfahrzeugexternen Ladestation (2) zu dem Energiespeicher (3) übertragbar ist, und eine Kühlfluidschnittstelle (10), insbesondere einen Anschlussstutzen (12), zur Ausbildung einer lösbaren Kühlfluidverbindung, mittels der ein Kühlfluid (9) durch eine Fördereinrichtung (25) von der Ladestation (2) zu wenigstens einem Kühlelement (15) des Kraftfahrzeugs (1) führbar ist, so dass Wärmeenergie von dem Energiespeicher (3) über das Kühlelement (15) auf das Kühlfluid (9) übertragbar und mittels des Kühlfluids (9) abführbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass das zur Durchführung des Verfahrens entweder nach einem der Ansprüche 3 oder 4 oder nach Anspruch 3 und einem der Ansprüche 5 bis 10 ausgebildete Kraftfahrzeug (1) - eine Rückführverbindungsschnittstelle (18), mittels der eine lösbare Rückführverbindung von dem Kraftfahrzeug (1) zu der Ladestation (2), über die das Kühlfluid (9) oder das Gemisch nach der Übertragung der Wärmeenergie zur Ausbildung des Kreislaufs (17) führbar ist, und/oder - eine Flüssigphasenabführleitung (30), die von einem Phasentrenner (27) zu dem Kühlelement (15) und/oder zu der oder einer zum Kühlelement (15) führenden Kühlfluidleitung (35) führt und mittels der eine flüssige Phase (28) des Kühlfluids (9) oder des Gemischs dem flüssigen Kühlfluid (9) kraftfahrzeugseitig und vor der Übertragung der Wärmeenergie zur Ausbildung des Kreislaufs (17) zuführbar ist, aufweist.
Ladestation zum Laden wenigstens eines elektrischen Energiespeichers (3) eines Kraftfahrzeugs (1), umfassend eine elektrische Schnittstelle (5), insbesondere ein Ladekabel (7) mit einem Stecker (8), zur Ausbildung einer lösbaren elektrischen Verbindung, mittels der elektrische Energie von der kraftfahrzeugexternen Ladestation (2) zu dem Energiespeicher (3) übertragbar ist, und eine Kühlfluidschnittstelle (11), insbesondere einen Schlauch (13) mit einem Anschlussstecker (14), zur Ausbildung einer lösbaren Kühlfluidverbindung, mittels der ein Kühlfluid (9) durch eine Fördereinrichtung (25) von der Ladestation (2) zu wenigstens einem Kühlelement (15) des Kraftfahrzeugs (1) führbar ist, so dass Wärmeenergie von dem Energiespeicher (3) über das Kühlelement (15) auf das Kühlfluid (9) übertragbar und mittels des Kühlfluids (9) abführbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die zur Durchführung des Verfahrens entweder nach einem der Ansprüche 1 oder 2 oder nach Anspruch 1 und einem der Ansprüche 3 bis 10 ausgebildete Ladestation (2) - das Druckreduktionselement (26) und/oder - einen Phasentrenner (27), dem das Kühlfluid (9) oder das Gemisch nach der Übertragung der Wärmeenergie teilweise oder vollständig zuführbar ist und mittels dem eine flüssige Phase (28), die aus dem flüssigen Kühlfluid (9) besteht, und eine gasförmige Phase (29), die aus dem gasförmigen Kühlfluid (9) und/oder dem Gas besteht, des Kühlfluids (9) oder des Gemischs voneinander trennbar sind, aufweist.
Ladestation nach Anspruch 14, umfassend den Phasentrenner (27), dadurch gekennzeichnet, - dass die Ladestation (2) eine Flüssigphasenabführleitung (30) aufweist, die von dem Phasentrenner (27) zu einem Kühlfluidreservoir (16) und/oder zu der oder einer zur Kühlfluidschnittstelle (11) führenden Kühlfluidleitung (31) führt, wobei die flüssige Phase (28) mittels der Flüssigphasenabführleitung (30) dem flüssigen Kühlfluid (9) ladestationsseitig und vor der Übertragung der Wärmeenergie zuführbar ist, und/oder - dass die Ladestation (2) eine Gasphasenabführleitung (32) aufweist, die von dem Phasentrenner (27) zu einer Gasphasenauslassöffnung (33) der Ladestation (2) führt, wobei die gasförmige Phase (29) mittels der Gasphasenabführleitung (32) in die Umgebung (34) abführbar ist.
Ladestation zum Laden wenigstens eines elektrischen Energiespeichers (3) eines Kraftfahrzeugs (1), umfassend eine elektrische Schnittstelle (5), insbesondere ein Ladekabel (7) mit einem Stecker (8), zur Ausbildung einer lösbaren elektrischen Verbindung, mittels der elektrische Energie von der kraftfahrzeugexternen Ladestation (2) zu dem Energiespeicher (3) übertragbar ist, und eine Kühlfluidschnittstelle (11), insbesondere einen Schlauch (13) mit einem Anschlussstecker (14), zur Ausbildung einer lösbaren Kühlfluidverbindung, mittels der ein Kühlfluid (9) durch eine Fördereinrichtung (25) von der Ladestation (2) zu wenigstens einem Kühlelement (15) des Kraftfahrzeugs (1) führbar ist, so dass Wärmeenergie von dem Energiespeicher (3) über das Kühlelement (15) auf das Kühlfluid (9) übertragbar und mittels des Kühlfluids (9) abführbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die zur Durchführung des Verfahrens entweder nach einem der Ansprüche 3 oder 4 oder nach Anspruch 3 und einem der Ansprüche 5 bis 10 ausgebildete Ladestation (2) eine Rückführverbindungsschnittstelle (19), insbesondere einen Schlauch (21) mit einem Anschlussstecker (22), aufweist, mittels der eine lösbare Rückführverbindung von dem Kraftfahrzeug (1) zu der Ladestation (2), über die das Kühlfluid (9) oder das Gemisch nach der Übertragung der Wärmeenergie zur Ausbildung des Kreislaufs (17) führbar ist, ausbildbar ist.