DE112012003099T5 - Ladestation zur Schnellladung einer Elektrofahrzeugbatterie - Google Patents
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Abstract
Eine Ladestation für Elektrofahrzeuge wird bereitgestellt. Die Fahrzeugladestation umfasst eine Ladequelle, die eine elektrische Ladung bereitstellt, eine Kühlmittelquelle, die ein Kühlmittel bereitstellt, und einen Anschluss, der sowohl einen Abschnitt für die elektrische Speisung zur Zuführung der elektrischen Ladung als auch einen Abschnitt für die Kühlmittelspeisung zur Zuführung des Kühlmittels umfasst. Der Anschluss kann mit einem Fahrzeug verbunden und dort angeschlossen werden. Ein Anschluss für eine Fahrzeugladestation und ein Elektrofahrzeug sind ebenfalls bereitgestellt.
Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft generell das Laden von Batterien für Elektrofahrzeuge und insbesondere eine Station und ein Verfahren zum Laden von Elektrofahrzeugbatterien.
- HINTERGRUND DER ERFINDUNG
- Die Weiterentwicklung von reinen Elektrofahrzeugen – also Fahrzeugen, die ausschließlich batterieelektrisch betrieben werden, im Gegensatz zu den zusätzlich mit Verbrennungsmotoren ausgestatteten Hybridelektrofahrzeugen – ist durch vielfältige Hürden behindert, zumal, wenn die entwickelten Elektrofahrzeuge auf einem Massenmarkt behauptungsfähig sein sollen. Eine der zu überwindenden Hürden ist die sogenannte ”Reichweitenangst”, also die Sorge der Fahrer, mit der Ladung der Elektrobatterie nicht ihr Reiseziel erreichen zu können. Während der Energieverbrauch der Peripheriegeräte ohne eigenen Antrieb (Klimaanlage, Heizung, Beleuchtung usw.) konstant bleibt, ist die tatsächliche Reichweite des Elektrofahrzeugs variabel und abhängig von der Fahrweise, und die Reichweite liegt dabei häufig besorgniserregend unterhalb den Erwartungen, insbesondere bei Fahrten in dicht besiedelten Gebieten mit variierenden Fahrtgeschwindigkeiten. Aufgrund dieser Schwankungsbreite tendieren die Nutzer von Elektrofahrzeugen dazu, die tatsächlich mögliche Beförderungsreichweite nicht präzise vorauszuplanen, selbst wenn ihnen der Ladezustand der Batterie bei Fahrtantritt bekannt ist. Ein Ansatz, um der Reichweitenangst entgegenzuwirken, besteht darin, die Reichweite des jeweiligen Fahrzeugs durch Erhöhung der verfügbaren Batterieenergie auszudehnen (d. h. in einer „Reichweitenerhöhung”). Der Erhöhung der jeweils pro Fahrzeug verfügbaren Batterieenergie sind jedoch Grenzen gesetzt, da der Fortschritt bei der Erhöhung der praktischen Energiedichte für große Elektrofahrzeugbatterien nur langsam vorankommt. Darüber hinaus senkt zwar der Einsatz von Hybridelektrofahrzeugen die Reichweitenangst, allerdings fallen bei der Nutzung der kombinierten Elektroantriebe mit Verbrennungsantriebssystemen höhere Kosten an; und gleichzeitig werden weitergehende Zielsetzungen, wie die Reduzierung von Schadstoffemissionen und Erdölverbrauch bis auf null, durch den Einsatz von Hybridfahrzeugen nicht erfüllt.
- KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
- Es wird eine Ladestation für Elektrofahrzeuge bereitgestellt. Die Ladestation umfasst eine Ladequelle, die eine elektrische Ladung zur Verfügung stellt, eine Kühlmittelquelle, die Kühlmittel zur Verfügung stellt, und einen Anschluss, der sowohl einen Abschnitt für die elektrische Speisung zur Zuführung der elektrischen Ladung als auch einen Abschnitt für die Kühlmittelspeisung zur Zuführung des Kühlmittels umfasst. Der Anschluss kann mit einem Fahrzeug verbunden und dort angeschlossen werden.
- Des Weiteren ist ein Anschluss für eine Elektrofahrzeugladestation bereitgestellt. Der Anschluss umfasst sowohl einen Abschnitt für die elektrische Speisung zur Zuführung der elektrischen Ladung als auch einen Abschnitt für die Kühlmittelspeisung zur Zuführung des Kühlmittels. Der Anschluss kann mit einem Fahrzeug verbunden und dort angeschlossen werden.
- Des Weiteren ist ein Elektrofahrzeug bereitgestellt. Das Elektrofahrzeug umfasst eine Elektrobatterie, die ein Antriebssystems des Fahrzeugs mit Energie versorgt, eine Aufnahme für einen Ladeanschluss, eine Kühlmittelleitung zwischen der Elektrobatterie und der Aufnahme und eine Stromverbindung zwischen der Elektrobatterie und der Aufnahme.
- KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
- Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung anhand der beigefügten Figuren näher erläutert, wobei die Figuren wie folgt zeigen:
-
1a zeigt eine schematische Ansicht einer Schnellladestation zum Laden eines Elektrofahrzeugs in einer Ausführungsvariante der vorliegenden Erfindung; -
1b zeigt eine schematische Ansicht einer alternativen erfindungsgemäßen Ausführung einer Schnellladestation zum Laden eines Elektrofahrzeugs; -
2 zeigt ein erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel einer Elektrofahrzeugbatterie. -
3a zeigt eine axiale Ansicht eines Anschlusses gemäß einer Ausführung der vorliegenden Erfindung; -
3b zeigt eine axiale Ansicht eines Anschlusses gemäß einer weiteren Ausführung der vorliegenden Erfindung; -
4a zeigt eine axiale Ansicht eines Anschlusses gemäß einer Ausführung der vorliegenden Erfindung, wobei der Anschluss einen Abschnitt für die Kühlmittelrückführung umfasst; -
4b zeigt eine axiale Ansicht eines Anschlusses gemäß einer weiteren Ausführung der vorliegenden Erfindung, umfassend einen Abschnitt für die Kühlmittelrückführung; -
5a zeigt eine axiale Ansicht einer Aufnahme gemäß einer Ausführung der vorliegenden Erfindung, wobei die Aufnahme zum Anschließen des in3a gezeigten Anschlusses ausgebildet ist; -
5b zeigt eine axiale Ansicht einer Aufnahme gemäß einer Ausführung der vorliegenden Erfindung, wobei die Aufnahme zum Anschließen des in3b gezeigten Anschlusses ausgebildet ist; -
6a zeigt eine axiale Ansicht einer Aufnahme gemäß einer Ausführung der vorliegenden Erfindung, wobei die Aufnahme zum Anschließen des in4a gezeigten Anschlusses ausgebildet ist; -
6b zeigt eine axiale Ansicht einer Aufnahme gemäß einer Ausführung der vorliegenden Erfindung, wobei die Aufnahme zum Anschließen des in4b gezeigten Anschlusses ausgebildet ist; und - in dem Diagramm in
7 sind zwei Kurven abgebildet, in denen für eine Batterie mit drei Zellen und einer 20-minütigen Laderate die Batterietemperatur gegenüber der Ladezeit beim Schnellladen abgetragen ist. - AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
- Da es einerseits schwierig ist, die Reichweite eines Elektrofahrzeugs genau vorherzusagen und anderseits nur langsame Fortschritte auf dem Gebiet der Erhöhung der praktischen Energiedichte bei großen Elektrofahrzeugbatterien gemacht werden, wird eine weitere Möglichkeit zur Steigerung der Akzeptanz von rein elektrisch betriebenen Fahrzeugen darin gesehen, mehr Schnellladesäulen entlang von Straßen im öffentlichen Raum bereitzustellen. Wenn in diesem Zusammenhang die Wendung ”entlang von Straßen” benutzt wird, so ist damit jeglicher Standort gemeint, der von einer öffentlichen Straße aus mit dem Fahrzeug allgemein zugänglich ist. So haben entsprechend dieser Definition beispielsweise alle allgemein öffentlich zugänglichen Tankstellen ihren Standort entlang einer Straße. Für sich genommen können die regulären nächtlichen Ladevorgänge zwar nicht die Reichweitenangst abmildern, da sie nicht die Reichweite eines fahrenden Fahrzeugs unterwegs erhöhen, doch kombiniert mit dem Ausbau der Infrastruktur von Schnellladesäulen entlang von Straßen kann die Bedienfreundlichkeit und Attraktivität von rein elektrisch betriebenen Fahrzeugen gesteigert werden. Eine größere Akzeptanz für Elektrofahrzeuge kann durch Massenproduktion bedingte Skaleneffekte mit sich bringen und damit zu erheblichen Kostensenkungen bei den Fahrzeugen selbst und in Verbindung damit auch zu niedrigeren Kosten für den Energieverbrauch bei der Ladung der Batterien führen, was in der Folge dazu führen kann, dass Elektrofahrzeuge erheblich kostengünstiger werden als Fahrzeuge mit konventionellen Verbrennungsmotoren oder als Hybridelektrofahrzeuge.
- Die Ausführungsvarianten der vorliegenden Erfindung sehen Gleichstrom-Hochleistungs-Schnellladestationen entlang von Straßen vor, wobei die Schnellladestation bis zu 300 kW je Elektrofahrzeug oder mehr liefern können (zum Beispiel, um eine Elektrofahrzeugbatterie von 30 kWh in 6 Minuten aufzuladen), und wobei zusammen mit dem Ladevorgang ein Kühlmittel zur Kühlung der Elektrofahrzeugbatterie vorgesehen ist, um eine Überhitzung der Batterie während des Ladens zu verhindern (während eines 6- bis 12-minütigen Ladevorgangs können beispielsweise absehbar bis zu circa 50 kW Wärme erzeugt werden). Herkömmliche Kühlmethoden, die eine Kühlung von außen vorsehen, wie zum Beispiel die Kühlung der Oberflächen oder der Außenseiten von Hochspannungsbatterien, eignen sich nicht, um die von Schnellladestationen beim Laden mit bis zu 300 kW oder mehr je Elektrofahrzeug erzeugte Wärme effizient herabzusetzen. Denn die Wärme wird beim Ladevorgang vorrangig innerhalb der Elektrofahrzeugbatterie erzeugt, was eine Kühlung von außen nicht nur ineffizient macht, sondern auch dazu führt, dass innerhalb des Zellstapels der Batterie hohe Temperaturgradienten auftreten, die bei einem unerwünschten Temperaturanstieg Schäden an der Batterie und frühzeitigen Batterieausfall verursachen können, was wiederum die Kosten in die Höhe treibt und das Risiko gefährlicher thermischer Instabilität erhöht.
- Ausführungsvarianten der vorliegenden Erfindung können des Weiteren ein effizientes und sicheres Verfahren zur internen Kühlung des Zellstapels – des sogenannten Batteriestacks – bei hohen Laderaten vorsehen, und sie können ein einzigartiges, hocheffektives, universell einsetzbares thermisches Managementsystem bereitstellen. Hinzu kommt, dass sowohl das Kühlmittel als auch ein optional angewandter Wärmetauscher nicht im Fahrzeug mitgeführt werden müssen, sondern extern für den Zweck des Ladevorgangs zur Verfügung gestellt werden, was bewirkt, dass durch die erfindungsgemäßen Ausführungsvarianten nur minimal zusätzliches Gewicht zugeladen wird und der zusätzliche Platzbedarf im Elektrofahrzeug ebenfalls gering gehalten wird. Im Gegensatz zu Elektrofahrzeugen mit einem ausschließlich fahrzeuginternem Kühlsystem, können eine Kühlmittelzufuhr von außen sowie ein externer Wärmetauscher somit dazu beitragen, die Reichweite des Elektrofahrzeugs zu erhöhen und so auch die Reichweitenangst zu mindern.
- Vorteilhafterweise kann ein vorhandenes, internes Kühlsystem so modifiziert werden, dass es mit der externen Kühlmittelzufuhr den erfindungsgemäßen Ladestationen verbunden werden kann.
-
1a zeigt eine schematische Ansicht der Schnellladestation60 zum Laden eines Elektrofahrzeugs20 in einer Ausführungsvariante der vorliegenden Erfindung. In einer bevorzugten Ausführung entspricht dieses Elektrofahrzeug20 zum Beispiel dem Elektrofahrzeug, das offenbart wird in der gleichzeitig anhängigen Patentanmeldung mit gleichem Datum unter dem Anwaltsaktenzeichen 617.1010 und dem Titel RAPID CHARGING ELECTRIC VEHICLE AND METHOD AND APPARATUS FOR RAPID CHARGING (SCHNELLLADEFÄHIGES ELEKTROFAHRZEUG SOWIE METHODE UND VORRICHTUNG ZUM SCHNELLLADEN), deren gesamte Offenbarung hiermit durch Bezugnahme in die vorliegende Anmeldung aufgenommen wird. Das Elektrofahrzeug20 kann beispielsweise gemäß solchen Verfahren aufladbar sein, wie sie beschrieben werden in der gleichzeitig anhängigen Patentanmeldung mit gleichem Datum unter dem Anwaltsaktenzeichen 617.1008 und dem Titel SYSTEM AND METHOD FOR RECHARGING ELECTRIC VEHICLE BATTERIES (SYSTEM UND VERFAHREN ZUM LADEN VON BATTERIEN FÜR ELEKTROFAHRZEUGE), deren gesamte Offenbarung hiermit durch Bezugnahme in die vorliegende Anmeldung aufgenommen wird. In der bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsvariante ist das Elektrofahrzeug20 ein rein elektrisch betriebenes Fahrzeug, bei dem die Energie für den Antrieb ausschließlich von einer Elektrofahrzeugbatterie30 bereitgestellt wird, und in dem es keinen Verbrennungsmotor gibt. In einer alternativen Ausführungsvariante kann das Elektrofahrzeug20 ein Hybridelektrofahrzeug sein, das zusätzlich mit einem Verbrennungsmotor ausgestattet ist, so dass das Fahrzeug mit dem Motor in Kombination mit der Elektrofahrzeugbatterie30 betrieben wird. Das Elektrofahrzeug20 kann eine Steuereinheit28 umfassen, die zur Feststellung des Ladezustands der Batterie30 und zur entsprechenden Steuerung des Ladevorgangs mit der Elektrofahrzeugbatterie30 gekoppelt ist. - In
2 wird ein erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel der Elektrofahrzeugbatterie30 näher erläutert. Bei der Elektrofahrzeugbatterie30 kann es sich um eine modulare Batterie mit einer Vielzahl von Batteriezellen32 handeln, die durch eine Vielzahl von innerhalb der Batterie30 , zwischen den Zellen32 verlaufenden internen Kanälen34 getrennt sind. Die Kanäle34 sind vorzugsweise wenigstens zum Teil mit porösen, komprimierbaren Zwischenverbindungen oder Interkonnektoren36 versehen, die dazu dienen, eine elektrisch leitende Verbindung zwischen benachbarten Zellen32 herzustellen und die gleichzeitig ermöglichen, dass das Kühlmittel während des Ladevorgangs durch die internen Kanäle34 zwischen den Zellen32 hindurchgeführt werden kann, um die Zellen32 zu kühlen. In bevorzugten Ausführungen ist die Elektrofahrzeugbatterie30 die inU. S. Pub. Nr. 2009/0239130 36 und die Batteriezellen32 jeweils in der gleichen Weise gebildet werden wie die Interkonnektoren und die planaren Zellmodule, die inU. S. Pub. Nr. 2009/0239130 32 umfasst eine positive und eine negative Elektrode, wobei die positive Elektrode die Verbindung zu einem positiven Anschluss39 herstellt und die negative Elektrode die Verbindung zu einem negativen Anschluss40 herstellt. - Die komprimierbaren Zwischenverbindungen oder Interkonnektoren
36 können aus jeglicher Art von Material hergestellt sein – wie zum Beispiel aus einem Drahtgeflecht, einer komprimierbaren Elastomermatrix aus Metall- oder Karbonfasern oder aus einer Leitermatte –, das hinreichend geeignet ist und die Anforderung erfüllt, eine komprimierbare, flexible, elektrisch leitende Verbindung zwischen benachbarten Oberflächen von Zellplattenmodulen zu bilden unter Einhaltung eines ausreichenden Zwischenraums, um das Kühlmittel zur Kühlung der Zellen32 während des Ladevorgangs durch die internen Kanäle34 leiten zu können. In dem erläuternden Beispiel in2 sind innerhalb eines Gehäuses25 , das in dieser Ausführungsvariante einen rechteckigen Querschnitt aufweist, sechs in einem Stapel angeordnete Zellen32 veranschaulicht. Bei den sechs dargestellten Zellen32 handelt es sich um eine exemplarische Darstellung der Batterie30 , die allerdings auch Dutzende oder Hunderte von untereinander verbundenen Zellen umfassen und so einen Batteriestack mit sehr hoher Spannung bilden kann. Das Gehäuse25 umfasst Eingänge und Ausgänge, über die das Kühlmittel durch die internen Kanäle34 geleitet werden kann, wobei die Eingänge und Ausgänge automatisch zu öffnen oder zu schließen sein können. - Gemäß anderen erfindungsgemäßen Ausführungsformen können die Interkonnektoren
36 alternativ aus einem nicht elektrisch und/oder thermisch leitenden Material bestehen und somit lediglich als Abstandshalter zwischen den Zellen32 vorgesehen sein, um so die Kanäle34 zwischen den Zellen32 zu bilden. Bei solchen Ausführungen können die Zellen32 als isolierende Taschen ausgebildet sein, die an den Enden mit elektrisch leitenden Abgriffen versehen sind, die es dem Kühlmittel ermöglichen, die Zellen32 zu kühlen, während es durch die mittels von Interkonnektoren36 gebildeten Kanäle34 geleitet wird. - Die Anschlüsse
39 ,40 bilden die interne Verbindung zu den Enden des Stapels oder Stacks aus Batteriezellmodulen, wobei ein interner Strombus31 als Verbindung zum positiven Anschluss39 dient und entweder das elektrisch leitende Gehäuse25 als negativer Strombus29 zum negativen Anschluss40 dient, oder ein zusätzlicher negativer Strombus zum negativen Anschluss40 vorgesehen ist. Zur Überwachung der Zellspannung und Zelltemperatur kann das Gehäuse25 jeweils externe, mehrpolige Steckverbindungen37 ,38 umfassen, die über Senseleitungen zu elektrischen Durchgängen35 leitend verbunden sind. Für jede Batteriezelle32 kann jeweils ein Satz mehrpoliger Steckverbinder37 ,38 vorgesehen sein. Um Daten zur Zellspannung und Zelltemperatur für die Steuerung des Ladevorgangs der Batterie30 zur Verfügung zu stellen, können die mehrpoligen Steckverbinder37 ,38 so ausgebildet sein, dass sie die ermittelten Spannungs- und Temperaturmesswerte zur Steuereinheit28 (siehe1a ) übermitteln. - Unter Rückbezug auf
1a kann die Schnellladestation60 eine hochleistungsfähige Ladequelle62 – in einer bevorzugten Ausführungsform eine Hochleistungs-Gleichstromquelle – zum Schnellladen der Batterie30 des Elektrofahrzeugs20 umfassen sowie eine Kühlmittelquelle64 , um während des Schellladevorgangs der Batterie30 an der hochleistungsfähigen Ladequelle62 über die internen Kanäle34 (siehe2 ) in die Batterie30 Kühlmittel einleiten zu können. In bevorzugten Ausführungen kann die hochleistungsfähige Ladequelle62 eine Batterie oder ein Superkondensator mit hoher Entladerate und der Möglichkeit zum Laden mit Nachtstrom oder Niedertarifstrom sein, da dieser nicht nur kostengünstiger ist, sondern auch weniger störungsanfällig bereitgestellt werden kann. Der Führer des Fahrzeugs20 kann zur Schnellladestation60 fahren, das Fahrzeug20 ausschalten und einen Anschluss42 an einem Ende einer Zuführung68 der Schnellladestation60 in eine entsprechende, von außerhalb des Fahrzeugs20 zugängliche Aufnahme50 in das Fahrzeug20 einführen. In der in1a gezeigten Ausführungsvariante führt die Zuführung68 aus einem Sockelbereich72 der Schnellladestation60 heraus und umfasst eine elektrische Zuführung68a , welche ein Kabel sein kann, das mit einer hochleistungsfähigen Ladequelle62 gekoppelt ist; und weiter umfasst die Zuführung68 eine Kühlmittelzuleitung68b , welche ein Schlauch sein kann, der an eine Kühlmittelquelle64 gekoppelt ist. Der Anschluss42 kann in die Aufnahme50 im Fahrzeug20 so eingeführt werden, dass der Anschluss42 vorübergehend in die Aufnahme50 einrastet. Die Aufnahme50 kann mit einer oder mehreren Nuten52 ausgebildet sein, die zur Aufnahme von entsprechend geformten, aus Anschluss42 radial herausragenden Vorsprüngen44 dienen. Die Vorsprünge44 können am Anschluss42 unter Federdruck angebracht sein, so dass sie beim Kontakt mit der Öffnung der Aufnahme50 radial in den Anschluss42 eingedrückt werden und dann radial nach außen in die Nuten52 einrasten, sobald der Anschluss42 passend in die Aufnahme50 eingeführt worden ist. Es kann auch ein vom Fahrer des Fahrzeugs20 zu betätigender Auslöser46 zur Ver- und Entriegelung der Vorsprünge44 vorgesehen sein, der in dieser Ausführungsvariante als Druckknopf am Anschluss42 ausgebildet ist, auf dessen Betätigung hin die Vorsprünge44 zum Einführen des Anschlusses42 in die Aufnahme50 eingezogen werden, wo sie sich danach beim Loslassen des Auslösers46 in die Nuten52 schieben können. Nachdem der Anschluss42 in der Aufnahme50 so eingerastet ist, dass die mit den Nuten52 zusammenwirkenden Vorsprünge44 verhindern, dass der Anschluss42 aus der Aufnahme50 rutscht, kann der Fahrer des Fahrzeugs20 einen Auslöser für den Lade-/Kühlvorgang betätigen, der in dieser Ausführung als Griff48 ausgebildet ist, der umfasst und gegen den Anschluss42 gedrückt werden kann, um den Stromfluss aus der hochleistungsfähigen Stromquelle62 sowie den Kühlmittelfluss aus der Kühlmittelquelle64 zur Batterie30 in Gang zu setzen. - In dieser Ausführungsvariante ist vorgesehen, dass das Elektrofahrzeug
20 während längerer Zeiträume, in denen es nicht benötigt wird, zum kompletten oder teilweisen Laden der Batterie30 mit einem Ladegerät gekoppelt werden kann, das an eine Standardsteckdose für 120 Volt oder 240 Volt Wechselstrom, beispielsweise in der Garage eines Hauses oder eines Wohn- oder Gewerbegebäudes, über Nacht angeschlossen werden kann, und für diesen Zweck umfasst das Fahrzeug20 eine separate Aufnahme150 . Zur vollen oder teilweisen Ladung der Elektrofahrzeugbatterie30 können das Ladegerät und die Batterie30 mittels einer Ladeschnur über die Aufnahme150 lösbar an eine Elektroleitung154 gekoppelt sein. Aufgrund der begrenzten möglichen Batterieladerate beim Laden der Batterie30 an einem Standardanschluss mit 120 Volt oder 240 Volt Wechselstrom ist es nicht nötig, der Batterie30 während des Ladevorgangs am Standardwechselstromanschluss mit 120 Volt oder 240 Volt zusätzlich Kühlmittel von außen zuzuführen. - Zum Zweck der Überwachung der von der hochleistungsfähigen Ladequelle
62 zur Batterie30 zugeführten Lademenge sowie zur Überwachung der von der Kühlmittelquelle64 zur Batterie30 zugeführten – und bei Ausführungen, die Kühlmittelrecycling vorsehen, auch der zurück in die Kühlmittelquelle64 geführten – Kühlmittelmenge kann in der Schnellladestation60 eine Steuereinheit70 vorgesehen sein. Während das Fahrzeug20 zum Laden der Batterie30 mit der Schnellladestation60 verbunden ist, kann zwischen der Steuereinheit70 und der Steuereinheit28 der Batterie30 eine Kommunikation aufgebaut werden, so dass die Steuereinheit70 die Zuführung von elektrischer Ladung von der hochleistungsfähigen Ladequelle62 und die Zuführung von Kühlmittel von der Kühlmittelquelle64 entsprechend des jeweils aktuellen Zustands der Batterie30 steuern kann. Wenn zum Beispiel aufgrund der bestehenden Witterungsverhältnisse oder der Fahrweise, mit der das Fahrzeug20 zuvor gefahren wurde, die Batterie30 wärmer oder kälter als üblich ist (gemessen, beispielsweise, mittels der Verbindungen37 ,38 , wie in2 dargestellt), kann die Menge des von der Kühlmittelquelle64 zugeführten Kühlmittels entsprechend herunter- oder heraufgeregelt werden. Falls die Batterie30 noch teilweise geladen ist und nur um eine geringe Menge aufgeladen werden muss, kann die Steuereinheit70 auch die Zuführung von Ladung von der hochleistungsfähigen Ladequelle62 auf eine Laderate unterhalb der maximalen Laderate begrenzen und die Zuflussrate des Kühlmittels von der Kühlmittelquelle64 auf einen entsprechenden Wert regeln. Die Steuereinheit70 kann einen Speicher umfassen, der die Menge an zuzuführendem Kühlmittel mit der zugeführten Ladung und optional auch mit der Temperatur der Batterie30 korreliert. Des Weiteren kann die Steuereinheit28 Daten bezüglich des aktuellen an der Batterie30 gemessenen chemischen Zustands der Batterie30 zur Steuereinheit70 übermitteln, so dass die Steuereinheit70 auf der Grundlage der chemischen Daten der Batterie30 den Ladevorgang und das Kühlen der Batterie30 steuern und das sicherste Verfahren für das Laden der Batterie30 ermöglichen kann. Eine ältere Batterie30 , zum Beispiel, die möglicherweise eine langsamere Laderate besser verträgt, oder die einen geringfügig abweichenden chemischen Zustand aufweist, kann von der Schnellladestation60 zu den diesen chemischen Daten entsprechend definierten und in der Steuereinheit70 gespeicherten Lade- und Kühlungsraten aufgeladen werden. - Die Steuereinheit
70 kann außerdem mit einem Touchscreen71 und einem Kreditkartenleser73 gekoppelt sein. Neben der Anzeige auf dem Touchscreen71 mit der Information für den Fahrzeughalter über den zu zahlenden Rechnungsbetrag, kann die Steuereinheit70 auch einem Betreiber der entlang einer Straße befindlichen Ladestation60 Informationen zum Zweck der Rechnungsstellung an den Fahrzeugbesitzer übermitteln, indem zum Beispiel die gelieferte Ladung und der für den Ladevorgang an der Ladestation60 in Rechnung zu stellende Preis kalkuliert werden. Das Touchscreen71 kann dem Fahrer des Fahrzeugs20 die Optionen für das Laden und Kühlen sowie die Zahlungsoptionen anzeigen und die Steuereinheit70 kann entsprechend der Auswahl, die der Fahrer trifft, die Zuführung von Kühlmittel und Strom regulieren. Der Fahrer des Fahrzeugs20 kann eine Kreditkarte oder Lastschriftkarte in den Kartenleser73 einführen, und ein Prozessor in der Steuereinheit70 kann die Zahlung verarbeiten. - Nach der Betätigung des Schalters zum Starten der Schnellladestation
60 versorgt diese die Elektrofahrzeugbatterie30 so lange mit Strom von der hochleistungsfähigen Ladequelle62 und mit Kühlmittel von der Kühlmittelquelle64 , bis die Batterie30 hinreichend aufgeladen ist. Dabei wird von einer Pumpe74 Kühlmittel durch die Kühlmittelzuführung68b gepumpt. Das Kühlmittel verlässt die Kühlmittelzuführung68b im Abschnitt einer Kühlmittelspeisung84 im Anschluss42 und geht über in die Kühlmittelleitung26 im Abschnitt eines Kühlmittelzuflusses94 in der Aufnahme50 im Fahrzeug20 . Die Kühlmittelleitung26 ist mit den Eingängen der internen Kanäle34 (siehe2 ) gekoppelt und führt der Batterie30 Kühlmittel zu. Ein Stromspeisegerät76 führt Strom von der hochleistungsfähigen Stromquelle62 durch die elektrische Zuführung68a zu. Der Strom verlässt die elektrische Zuführung68a im Abschnitt einer elektrischen Speisung82 im Anschluss42 und geht über in eine Elektroleitung24 im Abschnitt eines elektrischen Stromzuflusses92 in der Aufnahme50 im Fahrzeug20 . In dieser Ausführungsvariante ist der Anschluss42 als Gehäuse ausgebildet, das sowohl den Abschnitt der elektrischen Speisung82 als auch den der Kühlmittelspeisung84 umfasst. Die Elektroleitung24 im Fahrzeug20 führt den Strom zum Laden der Batterie30 zu den Anschlüssen39 ,40 . Um zu verhindern, dass der Anschluss42 aus der Aufnahme50 entfernt wird, während Strom und Kühlmittel in das Fahrzeug20 zugeführt werden, ist dafür gesorgt, dass die Vorsprünge44 während des Ladevorgangs nicht entriegelt und wieder in den Anschluss42 eingezogen werden können. Der Anschluss42 kann zusätzlich mit federbelasteten Kupplungen am Abschnitt der Kühlmittelspeisung84 oder in der Nähe davon versehen sein, wobei die federbelasteten Kupplungen bei der Entfernung von Anschluss42 aus der Aufnahme50 ein rasches Versiegeln des Kühlmittelspeisungsabschnitts84 ermöglichen und so das Austreten von Kühlmittel verhindern. - In einer anderen Ausführung kann die Ent- und Verriegelung der Vorsprünge
44 und/oder die Betätigung eines zusätzlichen Verriegelungsmechanismus durch die Steuereinheit70 gesteuert werden. So kann zum Beispiel die Steuereinheit70 nach Einführen des Anschlusses42 in die Aufnahme50 die mit den Vorsprüngen44 gekoppelten Auslöser so steuern, dass die Vorsprünge44 in die Nuten52 einrasten, oder die Steuereinheit70 kann den zusätzlichen Verriegelungsmechanismus so steuern, dass vor Beginn des Lade- und Kühlvorgangs der Anschluss42 in der Aufnahme50 verriegelt wird. Nachdem der Lade- und Kühlvorgang zum Abschluss gekommen ist, kann dann die Steuereinheit70 die mit den Vorsprüngen44 gekoppelten Auslöser so steuern, dass die Vorsprünge44 aus den Nuten52 heraus und wieder in den Anschluss42 hinein gezogen werden, oder die Steuereinheit70 kann den zusätzlichen Verriegelungsmechanismus entriegeln. - Vor der Abgabe von Kühlmittel aus Anschluss
42 in die Aufnahme50 können, zum Beispiel mittels des Luftdrucks, vorab die Kühlmittelverbindungen daraufhin überprüft werden, ob sie intakt und dicht sind, damit gewährleistet ist, dass der Kühlmittelspeisungsabschnitt84 und der Kühlmittelzuflussabschnitt94 ausreichend miteinander gekoppelt sind, um zu verhindern, dass Kühlmittel austritt. - In
1b ist die schematische Ansicht einer alternativen erfindungsgemäßen Ausführung einer Schnellladestation60' zum Laden eines Elektrofahrzeugs20' gezeigt. Die Schnellladestation60' und das Elektrofahrzeug20' sind in der gleichen Weise konfiguriert wie die hier beschriebene Schnellladestation60 und das Elektrofahrzeug20 und funktionieren in der gleichen Weise, mit der Ausnahme, dass sie zum Kühlmittelrecycling ausgelegt sind, und daher während des Ladevorgangs das Kühlmittel zur Kühlmittelquelle64 zurückgeführt wird. Entsprechend beziehen sich alle in1b aufgeführten Bezugszeichen auf die gleichen mit Bezug auf1a erläuterten Bestandteile, es sei denn, sie werden im Folgenden ausdrücklich hervorgehoben. Nachdem das Kühlmittel durch die Batterie30 geführt wurde und über die Ausgänge der Kanäle34 (siehe2 ) die Batterie30 wieder verlässt, läuft das erwärmte Kühlmittel in eine mit den Ausgängen der Kanäle34 gekoppelten Kühlmittelrückführungsleitung27 . Das erwärmte Kühlmittel wird dann mittels einer Rückführungspumpe75 aus einem Kühlmittelabflussabschnitt96 in der Aufnahme50 heraus- und in einen Kühlmittelrückführungsabschnitt86 in einem Anschluss42' hineingepumpt, um dann durch eine Rückführungsleitung68c in die Kühlmittelmittelquelle64 zurückgeführt zu werden. Das erwärmte Kühlmittel wird zur Abkühlung und anschließenden Wiederverwendung durch einen mit einer Kühleinheit66 gekoppelten Wärmetauscher67 geleitet. Nachdem das Kühlmittel hinreichend abgekühlt ist, kann es mittels der Pumpe74 aus der Kühlmittelquelle64 für weiteres Kühlen der Batterie30 wieder in das Fahrzeug20 gepumpt werden. Um zu verhindern, dass der Anschluss42 aus der Aufnahme50 entfernt wird, bevor das Kühlmittel wieder in den Anschluss42 zurückgeführt worden ist, kann im Anschluss42 ein mit der Steuereinheit70 kommunizierender Sensor vorhanden sein, so dass mittels der Steuereinheit70 verhindert werden kann, dass die Vorsprünge44 entriegelt werden, während der Durchfluss des Kühlmittels vom Kühlmittelabflussabschnitt96 zum Kühlmittelrückführungsabschnitt86 andauert. - In alternativen Ausführungsvarianten kann vorgesehen sein, dass der Anschluss
42 oder42' nicht manuell durch den Führer des Fahrzeugs20 oder20' betätigt wird, sondern automatisch durch die Steuereinheit70 der Schnellladestation60 oder60' robotergesteuert betrieben wird. Hierfür kann ein im Sockelbereich72 der Schnellladestation60 oder60' angebrachter Roboterarm, der auch Sensoren zur Ortung der Aufnahme50 oder50' umfassen kann, aus dem Sockelbereich72 ausgefahren werden. Ein Benutzer der Schnellladestation könnte diesen Roboterarm zum Beispiel durch das Einführen einer Kreditkarte in den Kartenleser73 oder durch Eingabe in das Touchscreen71 aktivieren, wodurch der Roboterarm ausgefahren würde, um dann den Anschluss42 oder42' in die Aufnahme50 oder50' einzuführen. Nach Einführen des Anschlusses42 oder42' in die Aufnahme50 kann die Steuereinheit70 die mit den Vorsprüngen44 gekoppelten Auslöser so steuern, dass die Vorsprünge44 in die Nuten52 einrasten, oder die Steuereinheit70 kann einen zusätzlichen Verriegelungsmechanismus so steuern, dass vor Beginn des Lade- und Kühlvorgangs der Anschluss42 oder42' in der Aufnahme50 oder50' verriegelt wird. -
3a zeigt eine axiale Ansicht eines Anschlusses42a gemäß einer Ausführung der vorliegenden Erfindung. Der Anschluss42a umfasst einen Abschnitt für die elektrische Speisung82 und einen Abschnitt für die Kühlmittelspeisung84 , wobei die Abschnitte82 und84 vertikal übereinander ausgerichtet angeordnet sind. In dieser Ausführung umfasst der Abschnitt für die elektrische Speisung82 fünf Anschlussstifte – davon zwei Stifte82a und82b für die Gleichstromversorgung, einen Massestift82c , einen Sensorstift82d und einen Steuerungsstift82e . Der Abschnitt für die Kühlmittelspeisung84 umfasst mindestens eine Dichtungslage84a , die den Rand des Kühlmittelspeisungsabschnitts84 umfängt. Der Anschluss42a weist außerdem zwei Verriegelungsvorsprünge44 auf, die jeweils aus dem oberen und unteren Rand des Anschlusses42a herausragen und zum Einführen und Einrasten in Nuten einer entsprechenden Aufnahme im Fahrzeug vorgesehen sind. -
3b zeigt eine axiale Ansicht eines Anschlusses42b gemäß einer weiteren Ausführung der vorliegenden Erfindung. Der Anschluss42b ist in der gleichen Weise aufgebaut wie der Anschluss42a und umfasst ebenfalls einen Abschnitt für die elektrische Speisung82 und einen Abschnitt für die Kühlmittelspeisung84 , wobei jedoch die Abschnitte82 und84 in dieser Ausführung horizontal nebeneinander ausgerichtet angeordnet sind. Zwei, zum Einführen und Einrasten in Nuten einer entsprechenden Aufnahme im Fahrzeug vorgesehene Verriegelungsvorsprünge44 ragen jeweils aus dem oberen und dem unteren Rand des Anschlusses42b heraus. - In
4a ist eine axiale Ansicht eines Anschlusses42c gemäß einer anderen Ausführung der vorliegenden Erfindung dargestellt. Der Anschluss42c ist in der gleichen Weise aufgebaut wie der Anschluss42a und umfasst ebenfalls einen Abschnitt für die elektrische Speisung82 und einen Abschnitt für die Kühlmittelspeisung84 , jedoch umfasst der Anschluss42c darüber hinaus noch einen Abschnitt für die Kühlmittelrückführung86 , der zur Aufnahme des durch die Batterie30 geleiteten und zur Kühlmittelquelle64 zurückzuführenden Kühlmittels vorgesehen ist und der mit den Abschnitten82 und84 vertikal übereinander ausgerichtet angeordnet ist. Der Abschnitt für die Kühlmittelrückführung86 umfasst ebenfalls mindestens eine Dichtungslage86a , die den Rand des Kühlmittelrückführungsabschnitts86 umfängt. - In
4b wird eine axiale Ansicht eines Anschlusses42d gemäß einer weiteren Ausführung der vorliegenden Erfindung gezeigt. Der Anschluss42d ist in der gleichen Weise aufgebaut wie der Anschluss42c und umfasst ebenfalls einen Abschnitt für die elektrische Speisung82 , einen Abschnitt für die Kühlmittelspeisung84 und einen Abschnitt für die Kühlmittelrückführung86 , wobei jedoch die Abschnitte82 ,84 und86 in dieser Ausführung horizontal nebeneinander ausgerichtet angeordnet sind. -
5a zeigt eine axiale Ansicht einer Aufnahme50a gemäß einer Ausführung der vorliegenden Erfindung. Die Aufnahme50a umfasst einen Abschnitt für den elektrischen Zufluss92 und einen Abschnitt für den Kühlmittelzufluss94 , wobei die Abschnitte92 und94 vertikal übereinander ausgerichtet angeordnet sind. In dieser Ausführung umfasst der Abschnitt für den elektrischen Zufluss92 sieben Anschlussbuchsen – davon zwei Buchsen92a und92b für Gleichstrom, eine Massebuchse92c , eine Sensorbuchse92d , eine Steuerungsbuchse92e , zwei Buchsen92f und92g für Wechselstrom und eine zusätzliche Massebuchse92h . Der Abschnitt für den Kühlmittelzufluss94 umfasst mindestens eine Dichtungslage94a , die den Rand des Kühlmittelzuflussabschnitts94 umfängt. Der in3a dargestellte Anschluss42a kann zum Schnellladen der Batterie30 (siehe1a ,1b und2 ) so in die Aufnahme50a eingeführt werden, dass die Anschlussstifte für die Gleichstromversorgung82a ,82b direkt mit den Gleichstrom-Anschlussbuchsen92a ,92b verbunden sind, der Massestift82c mit der Massebuchse92c , der Sensorstift82d mit der Sensorbuchse92d sowie der Steuerungsstift82e mit der Steuerungsbuchse92e jeweils direkt verbunden ist und der Abschnitt für die Kühlmittelspeisung84 eine abgedichtete Verbindung bildend mit dem Abschnitt für den Kühlmittelzufluss94 verbunden ist. In dieser Ausführungsvariante ist vorgesehen, dass das Elektrofahrzeug20 während längerer Zeiträume, in denen es nicht benötigt wird, zum kompletten oder teilweisen Laden der Batterie30 zum Beispiel an ein Ladegerät mit einem Ladestecker nach SAE J1772 für die Ladebereiche AC Level 1 oder AC Level 2 gekoppelt werden kann, das Ladegerät wiederum an eine Standardsteckdose mit 120 Volt oder 240 Volt Wechselstrom, beispielsweise in der Garage eines Hauses oder eines Wohn- oder Gewerbegebäudes, über Nacht angeschlossen werden kann, wobei für den Anschluss an das Ladegerät in dieser Ausführung die Wechselstrom-Anschlussbuchsen92f ,92g und die Massebuchse92h vorgesehen sind. Zur vollen oder teilweisen Ladung der Elektrofahrzeugbatterie30 können das Ladegerät und die Batterie30 mittels einer Ladeschnur über den Abschnitt für den elektrischen Zufluss92 lösbar an die Elektroleitung24 gekoppelt sein. Aufgrund der begrenzten möglichen Batterieladerate beim Laden der Batterie30 an einem Standardanschluss mit 120 Volt oder 240 Volt Wechselstrom ist es nicht nötig, der Batterie30 während des Ladevorgangs am Standardwechselstromanschluss mit 120 Volt oder 240 Volt zusätzlich Kühlmittel von außen zuzuführen. Andere Ausführungsvarianten der vorliegenden Erfindung können im Fahrzeug20 oder20' eine separate Aufnahme150 (siehe1a ,1b ) zum Aufnehmen von Gleichstrom von einem externen Ladegerät vorsehen, das hierfür mit einem Standardwechselstromanschluss mit 120 Volt oder 240 Volt verbunden ist, oder die Aufnahme150 kann zum Aufnehmen von Wechselstrom zur Verbindung mit einem im Fahrzeug20 oder20' integrierten Gleichstrom-Batterieladegerät vorgesehen sein, und die Aufnahme50 (siehe1a ,1b ) könnte ohne Wechselstromanschlüsse ausgebildet sein. - In einer bevorzugen Ausführung ist die Steuerungsanschlussbuchse
92e eine Datenbusverbindung, die entsprechend der Automobilnorm nach ISO 11898-2 für Straßenfahrzeuge einen ”Controller Area Network” oder CAN-Bus mit drei einzelnen Anschlussstiften (High/Low/Ground) für die Anschlussbuchse92e vorsieht. Der CAN-Bus überträgt Daten zwischen der Steuereinheit28 und der Steuereinheit70 , um zwischen den Steuereinheiten28 ,70 eine Kommunikation aufzubauen, die dazu dient, das Laden und Kühlen der Batterie30 effektiv zu steuern. - Bezug nehmend auf die
1 ,3a und5a können der Sensorstift82d und die Sensorbuchse92d , sobald der Anschluss42a in die Aufnahme50a eingeführt ist, der Steuereinheit70 der Schnellladestation60 und der Steuereinheit28 des Fahrzeugs20 die entsprechende Information übermitteln, dass die Schnellladestation60 und das Fahrzeug20 nunmehr für den Ladevorgang miteinander verbunden sind. In einer Ausführung der vorliegenden Erfindung können an den Nuten52 und an den Vorsprüngen44 jeweils an die Steuereinheiten28 ,70 elektrisch gekoppelte Kontakte vorgesehen sein, die die Information, dass der Anschluss42 sicher in die Aufnahme50 eingerastet ist, an die Steuereinheiten28 ,70 übermitteln. Die Steuereinheit70 der Schnellladestation60 kann dann über den Steuerungsstift82e und die Steuerungsbuchse92e die Kommunikation mit der Steuereinheit28 des Fahrzeugs20 aufnehmen, um die Ladeparameter für den Ladevorgang über die Anschlussstifte der Gleichstromversorgung82a ,82b und die Kühlparameter für die Kühlmittelzuführung von der Kühlmittelquelle64 zu erfassen. Zumindest eine der beiden Steuereinheiten28 und70 legt dann die Parameter für das Laden und das Kühlen fest, und die Steuereinheit70 gibt dementsprechend dem Stromspeisegerät76 vor, die Zuführung von Strom von der hochleistungsfähigen Ladequelle62 an die Batterie30 zu starten und der Kühlmittelpumpe74 , die Zuführung von Kühlmittel von der Kühlmittelquelle64 an die Batterie30 aufzunehmen. Sobald die Batterie30 ausreichend aufgeladen ist, übermittelt die Steuereinheit28 über den Steuerungsstift82e und der Steuerungsbuche92e diese Information an die Steuereinheit70 , die den Betrieb des Stromspeisegeräts76 und der Pumpe74 stoppt. Sobald der Zufluss von Kühlmittel und Strom vom Anschluss42 in die Aufnahme50 aufgehört hat, können außerdem durch Betätigen des Auslösers46 zur Ver- und Entriegelung die Vorsprünge44 aus den Nuten52 ausgekuppelt werden und in den Anschluss42 eingezogen werden. - In
5b ist eine axiale Ansicht einer Aufnahme50b gemäß einer weiteren Ausführung der vorliegenden Erfindung dargestellt. Die Aufnahme50b ist in der gleichen Weise aufgebaut wie die Aufnahme50a und umfasst ebenfalls einen Abschnitt für den elektrischen Zufluss92 und einen Abschnitt für den Kühlmittelzufluss94 , wobei jedoch die Abschnitte92 und94 in dieser Ausführung horizontal nebeneinander ausgerichtet angeordnet sind. Der in3b dargestellte Anschluss42b kann zum Schnellladen der Batterie30 (siehe1a ,1b und2 ) so in die Aufnahme50b eingeführt werden, dass die Anschlussstifte für die Gleichstromversorgung82a ,82b direkt mit den Gleichstrom-Anschlussbuchsen92a ,92b verbunden sind, der Massestift82c mit der Massebuchse92c , der Sensorstift82d mit der Sensorbuchse92d sowie der Steuerungsstift82e mit der Steuerungsbuchse92e jeweils direkt verbunden ist und der Abschnitt für die Kühlmittelspeisung84 eine abgedichtete Verbindung bildend mit dem Abschnitt für den Kühlmittelzufluss94 verbunden ist. - In
5c ist eine axiale Ansicht einer Aufnahme50a' gemäß einer weiteren Ausführung der vorliegenden Erfindung gezeigt. Die Aufnahme50a' umfasst einen Abschnitt für den Kühlmittelzufluss94 und einen vom Abschnitt für den elektrischen Zufluss92 abweichenden Abschnitt92' . Der Abschnitt für den elektrischen Zufluss92' der Aufnahme50a' ist in der gleichen Weise aufgebaut wie bei der Aufnahme50a , jedoch umfasst die Aufnahme50a' einen Abschnitt für den elektrischen Zufluss92' mit den Anschlussbuchsen92a ,92b ,92c für schnelles Gleichstromladen, eine Standardbusche92i , die einen zwei- oder dreipoligen Standardstecker für Wechsel- oder Gleichstrom zum Laden einer Batterie30 aufnimmt, sowie eine Steuerungsbuchse92e' , die der Norm ISO 11898-2 entsprechend mit drei einzelnen Anschlüssen (High/Low/Ground) ausgebildet ist. Der entsprechende Schnellladeanschluss zum Einführen in die Aufnahme50a' und zum Zuführen von Kühlmittel und Strom durch die Abschnitte92' ,94 bedeckt vorzugsweise die gesamte Aufnahme50a' einschließlich der Standardbuchse92i . -
6a gibt eine axiale Ansicht einer Aufnahme50c gemäß einer weiteren Ausführung der vorliegenden Erfindung wieder. Die Aufnahme50c ist in der gleichen Weise aufgebaut wie die Aufnahme50a und umfasst ebenfalls einen Abschnitt für den elektrischen Zufluss92 und einen Abschnitt für den Kühlmittelzufluss94 , jedoch umfasst die Aufnahme50c darüber hinaus noch einen Abschnitt für den Kühlmittelabfluss96 , der zur Aufnahme des durch die Batterie30 geleiteten und zur Kühlmittelquelle64 zurückzuführenden Kühlmittels vorgesehen ist und der mit den Abschnitten92 und94 vertikal übereinander ausgerichtet angeordnet ist. Der Abschnitt für den Kühlmittelabfluss96 umfasst ebenfalls mindestens eine Dichtungslage96a , die den Rand des Kühlmittelabflussabschnitts96 umfängt. Der in4a dargestellte Anschluss42c kann zum Schnellladen der Batterie30 (siehe1a ,1b und2 ) so in die Aufnahme50c eingeführt werden, dass die Anschlussstifte für die Gleichstromversorgung82a ,82b direkt mit den Gleichstrom-Anschlussbuchsen92a ,92b verbunden sind, der Massestift82c mit der Massebuchse92c , der Sensorstift82d mit der Sensorbuchse92d sowie der Steuerungsstift82e mit der Steuerungsbuchse92e jeweils direkt verbunden ist und der Abschnitt für die Kühlmittelspeisung84 eine abgedichtete Verbindung bildend mit dem Abschnitt für den Kühlmittelzufluss94 verbunden ist und der Abschnitt für die Kühlmittelrückführung86 eine abgedichtete Verbindung bildend mit dem Abschnitt für den Kühlmittelabfluss96 verbunden ist. - In
6b ist eine axiale Ansicht einer Aufnahme50d gemäß einer weiteren Ausführungsvariante der vorliegenden Erfindung abgebildet. Die Aufnahme50d ist in der gleichen Weise aufgebaut wie die Aufnahme50c und umfasst ebenfalls einen Abschnitt für den elektrischen Zufluss92 , einen Abschnitt für den Kühlmittelzufluss94 , und einen Kühlmittelabflussabschnitt96 , wobei jedoch die Abschnitte92 ,94 ,96 in dieser Ausführung horizontal nebeneinander ausgerichtet angeordnet sind. Der in4b dargestellte Anschluss42d kann zum Schnellladen der Batterie30 (siehe1a ,1b und2 ) so in die Aufnahme50d eingeführt werden, dass die Anschlussstifte für die Gleichstromversorgung82a ,82b direkt mit den Gleichstrom-Anschlussbuchsen92a ,92b verbunden sind, der Massestift82c mit der Massebuchse92c , der Sensorstift82d mit der Sensorbuchse92d sowie der Steuerungsstift82e mit der Steuerungsbuchse92e jeweils direkt verbunden ist und der Abschnitt für die Kühlmittelspeisung84 eine abgedichtete Verbindung bildend mit dem Abschnitt für den Kühlmittelzufluss94 verbunden ist und der Abschnitt für die Kühlmittelrückführung86 eine abgedichtete Verbindung bildend mit dem Abschnitt für den Kühlmittelabfluss96 verbunden ist. - In alternativen Ausführungen können die Aufnahmen
50a ,50b ,50c ,50d ähnlich der Aufnahme50a eine Standardbuchse92i aufweisen, so dass auch ein zwei- oder dreipoliger Standardstecker für Wechselstrom oder für Gleichstrom an die Aufnahmen50a ,50b ,50c ,50d angeschlossen werden kann. Die Standardbuchse92i kann zusätzlich zu oder anstelle von den Elektrokontakten92f ,92g und dem zusätzlichen Massekontakt92h vorgesehen sein. In Ausführungsvarianten, in denen die Aufnahme50 zum Laden mittels einer Wechselstromquelle ausgerüstet ist, kann das Fahrzeug20 oder20' einen fahrzeugeigenen Wechselstrom-Gleichstrom-Wandler an Bord führen. Es sind weitere Ausführungsvarianten möglich, in denen die Aufnahmen50 keine Wechselstromkontakte92f ,92g ,92h oder keine Standardbuchse92i umfassen, und – falls die Möglichkeit zum Laden mit Wechselstrom gewünscht ist – über die Kontakte92a ,92b ,92c Wechselstrom bereitgestellt werden kann, wobei der Wechselstrom über einen fahrzeugeigenen Wechselstrom-Gleichstrom-Wandler zum Laden der Batterie30 im Fahrzeug20 oder20' in Gleichstrom gewandelt werden kann. - Unter Rückbezug auf die
1a und1b liefert in einer bevorzugten Ausführungsvariante der vorliegenden Erfindung die Schnellladestation60 oder die Schnellladestation60' an das Fahrzeug20 oder an das Fahrzeug20' etwa 300 kW und kann dementsprechend eine erfindungsgemäße Ausführung der Batterie30 mit 600 Volt, 30 kWh in etwa 6 Minuten aufladen. Während des etwa 6-minütigen Schnellladevorgangs der 30-kWh-Ausführung der Batterie30 können in den Zellen32 der 30-kWh-Ausführung der Batterie30 etwa 50 kW Wärme erzeugt werden. Ohne Kühlmittel, das während eines solchen Schnellladevorgangs innerhalb der erfindungsgemäßen 30-kWh-Ausführung der Batterie30 bereitgestellt wird, könnte die Batterie30 dauerhaft beschädigt oder zerstört werden. Wenn jedoch genügend Kühlmittel von der Kühlmittelquelle64 durch die Zuführung68 und die Kühlmittelleitung26 in die Batterie30 gepumpt werden kann, während die Batterie30 mit Strom von der hochleistungsfähigen Ladequelle62 über die Zuführung68 und die Elektroleitung24 versorgt wird, kann ein Teil der von der Batterie30 abgegebenen Wärme durch das Kühlmittel absorbiert werden und es kann entsprechend verhindert werden, dass die Batterie30 während des Ladevorgangs beschädigt oder zerstört wird. - Bei einem Ausführungsbeispiel handelt es sich bei der Batterie
30 um eine 300-Volt-Elektrobatterie mit einem Gewicht von 100 kg, die voll aufgeladen das Elektrofahrzeug20 oder das Elektrofahrzeug20' mit 30 kWh versorgen kann. In diesem Beispiel erreicht die Batterie30 , die hundert Zellen32 zu je 3 Volt und einem Widerstand von je 1 Milliohm umfasst, an der hochleistungsfähigen Ladequelle62 nach zehn Minuten zu 180 kW ihre volle Ladung. Während des Ladens werden in 10 Minuten etwa 36 kW Wärme erzeugt (circa 6 kWh). Um die Batterie30 während dieses Ladevorgangs ausreichend zu kühlen, so dass eine akzeptable Batterietemperatur von etwa 45 Grad Celsius aufrechterhalten wird, kann durch die Kühlmittelquelle 64 Öl (zugeführt mit einer Temperatur von 20 Grad Celsius) bei einer Rate von mindestens 0,73 Liter pro Sekunde (44 Liter pro Minute) oder Luft (zugeführt mit einer Temperatur von 0 Grad Celsius) bei einer Rate von mindestens 1.800 Kubikfuß (circa 50,9 Kubikmeter) pro Minute bereitgestellt werden. Lade- und Entladeraten von Elektrobatterien werden branchenüblich mit dem sogenannten C-Faktor (C steht für ”capacity” bzw. Kapazität der Batterie), dem Quotienten aus Strom und Batteriekapazität, angegeben. Unabhängig von der Größe einer Elektrobatterie besagt ein Ladestrom von 1C oder ein Entladestrom von 1C, dass die Batterie innerhalb von einer Stunde komplett geladen beziehungsweise entladen ist. Ein C-Faktor von C/8 bedeutet, dass Auf- oder Entladen jeweils acht Stunden dauert, bei 2C dauert Auf- oder Entladen jeweils eine halbe Stunde. Entsprechend beträgt der C-Faktor der Batterie30 mit zehnminütigem Laden aus dem oben aufgeführtem Beispiel 6C. - Um beispielsweise eine erfindungsgemäße Ausführung der Batterie
30 mit 600 Volt, 24 kWh innerhalb von sechs Minuten aufzuladen, ist es möglich, ein 240-kW-Ladegerät, das über sechs Minuten 400 Ampere bei 600 Volt (Gleichstrom) liefert, als hochleistungsfähige Ladequelle62 einzusetzen. Die zuzuführende Energie kann aufgrund beträchtlicher Wärmeverluste auch wesentlich höher sein, als wenn der Ladevorgang komplett effizient verläuft. Wären es beispielsweise zweihundert Zellen zu je 3 Volt und einem Widerstand von je 1 Milliohm, könnte 32 kW Wärme erzeugt werden, so dass für den Ladevorgang eine Minute länger benötigt würde (etwa sieben Minuten insgesamt). - Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sieht vor, dass die Batterie
30 nicht komplett auf 100% ihrer Ladekapazität mittels der hochleistungsfähigen Ladequelle62 aufgeladen wird, sondern stattdessen innerhalb von etwa 5 Minuten durch die hochleistungsfähige Ladequelle62 zu 80% ihrer Batterieladekapazität aufgeladen wird. Durch ein solches Vorgehen, die Batterie30 bis auf 80% Ladekapazität zu laden, können in einigen Zellen der Batterie30 Überspannungen vermieden werden. Falls gewünscht, kann dann nach dem Erreichen von 80% der Ladekapazität der Batterie30 der Ladevorgang unter Verringerung des von der Ladequelle62 zugeführten Stroms fortgesetzt werden, um die Batterie30 zu mehr als 80% der Ladekapazität aufzuladen. Wird eine komplett entladene erfindungsgemäße Ausführung der Batterie30 mit 600 Volt, 24 kWh und mit zweihundert Zellen zu je 3 Volt und einem Widerstand von je 1 Milliohm wieder auf 80% der Ladekapazität (19,2 kWh) in fünf Minuten aufgeladen, werden 2,7 kWh Wärme (32 kW über fünf Minuten entsprechend etwa 107 Joule) in der Batterie30 erzeugt. Um diese 2,7 kWh Wärme in fünf Minuten in einem hinreichenden Maß abführen zu können, kann Öl bei einer Rate von mindestens 40 Liter pro Minute oder Luft bei einer Rate von mindestens 1.600 Kubikfuß (circa 45,3 Kubikmeter) pro Minute über die internen Kanäle34 durch das Innere der Batterie30 geleitet werden. Der damit verbundenen verzögerten Wärmeübertragung an das Kühlmittel wird in bevorzugten Ausführungsvarianten der vorliegenden Erfindung entgegengewirkt, indem das Öl oder die Luft mit höheren Raten als mindestens notwendig durch die Batterie30 geleitet wird. In solchen Ausführungen kann bei der oben beschriebenen 600-Volt-Batterie das Öl mit etwa 50 bis 200 Liter pro Minute oder die Luft mit etwa 2.000 bis 8.000 Kubikfuß (circa 56,6 bis circa 226,5 Kubikmeter) pro Minute über die internen Kanäle34 durch das Innere der Batterie30 geleitet werden. Die Kühlraten können für größere oder kleinere Batterien jeweils proportional höher oder niedriger liegen. - Weitere erfindungsgemäße Ausführungen können in der Schnellladestation
60 eine Kühleinheit66 vorsehen, um die zur Kühlung der Batterie30 benutzte Luft oder das zur Kühlung benutzte Öl zusätzlich zu kühlen. Die Kühleinheit66 kann besonders vorteilhaft zur Kühlung von Kühlluft eingesetzt werden, indem es so ermöglicht wird, die Luft zu niedrigeren Raten als mit etwa 2.000 bis 8.000 Kubikfuß (circa 56,6 bis circa 226,5 Kubikmeter) pro Minute über die internen Kanäle34 durch das Innere der Batterie30 zu leiten. - Nach dem Laden der Batterie
30 mittels der Schnellladestation60 oder mittels der Schnellkühlstation60 kann die Batterie30 intern luftgekühlt oder erwärmt werden, indem Luft durch die Interkonnektoren36 geleitet wird. Die Luft kann über eine im Fahrzeug20 oder Fahrzeug20' an Bord vorhandene Vollklimaanlage zur Beheizung, Kühlung und Belüftung mittels der Lüftungsfunktion als Zuluft eingeführt werden. So ist es vorteilhaft, zum Beispiel an kalten Tagen in den Wintermonaten mittels der Heizung zusammen mit der Lüftungsfunktion für die effiziente und rasche Aufwärmung der Batterie zu sorgen, denn bei niedrigen Temperaturen sind sonst die Batteriekapazitätsverluste erheblich (was wiederum auch die Reichweite reduziert). Während sich die Batterie dann auf die normale Betriebstemperatur erwärmt, kann die gegebenenfalls anfallende Abwärme (zum Beispiel mittels einer kleinen Wärmepumpe) zum Heizen oder Kühlen des Innenraums genutzt werden – wodurch außerdem überschüssige Energie nicht ungenutzt vergeudet, sondern eingesetzt (und damit die Reichweite des Fahrzeugs20 oder des Fahrzeugs20' weiter ausgedehnt) wird – und zum Regulieren der steigenden Temperatur der Batterie30 bei durch Beschleunigen oder Bremsen verursachten Transienten verwendet werden. - In einer Ausführung der vorliegenden Erfindung kann die Kühlmittelleitung
26 – und, falls vorgesehen, die Rückführungsleitung27 für das Kühlmittel – in die Vollklimaanlage des Elektrofahrzeugs20 oder des Elektrofahrzeugs20' integriert sein. Entsprechend ist es möglich, die Kühlmittelleitung26 und die Kühlmittelrückführungsleitung27 sowohl für das thermische Management der Batterie30 zu nutzen, während das Fahrzeug20 oder das Fahrzeug20' in Betrieb ist – indem die Leitungen26 ,27 zum Durchleiten des Kühlmittels durch die Kanäle34 (siehe2 ) dienen können – als auch sie dann während des Schnellladevorgangs zur Kühlung der Batterie30 zu nutzen, um das von der Schnellladestation60 oder der Schnellladestation60' bereitgestellte Kühlmittel durch die Kanäle34 zu leiten. Um die Kühlmittelleitung26 und die Kühlmittelrückführungsleitung27 abwechselnd während der Fahrt mit der Vollklimaanlage und während des Ladens mit der Zuführung68 zu koppeln, können Umschaltventile vorgesehen sein. - Andere Ausführungsvarianten der vorliegenden Erfindung können vorsehen, dass die Batterie
30 nach dem Ladevorgang an der Schnellkühlstation60 im Innern flüssigkeitsgekühlt oder flüssigbeheizt wird, indem Flüssigkeit von einem im Fahrzeug20 vorhandenen Flüssigkeitswärmetauscher durch die Interkonnektoren36 geleitet wird, wobei der Flüssigkeitswärmetauscher wiederum durch ein im Fahrzeug20 vorhandenes Kühl- oder Heizsystem gekühlt beziehungsweise aufgewärmt wird, und wobei dieses Kühl- oder Heizsystem ebenfalls dazu dienen kann, die Kühlung und Heizung des Fahrzeuginnenraums zu steuern. Das Fahrzeug20 oder20' kann zum Beispiel an Bord ein Flüssigkeitskühlsystem und/oder ein Flüssigkeitsheizsystem mitführen, das einen Flüssigkeitskreislauf aufweist, durch den während der Fahrt flüssiges Kühlmittel über die internen Kanäle34 durch das Innere der Batterie30 geleitet werden kann. In solchen Ausführungsvarianten kann der Kühlkreislauf wahlweise mit den Eingängen oder mit den Ausgängen der Kanäle34 gekoppelt werden. Um die Kühlmittelleitung26 und die Kühlmittelrückführungsleitung27 abwechselnd während der Fahrt mit dem Kühlkreislauf und während des Ladens mit der Zuführung68 zu koppeln, können beispielsweise Umschaltventile vorgesehen sein. - Darüber hinaus ist es beispielsweise möglich, die mittels des hindurchgeleiteten Kühlmittels von der Batterie
30 abgeführte thermische Energie entweder im Fahrzeug20 oder in der Schnellladestation60 in elektrische Energie umzuwandeln. Beispielsweise kann im Kühlmittel enthaltene Energie stromabwärts von der Batterie30 zurückgewonnen werden, indem eine Turbinenvorrichtung oder eine thermoelektrische Vorrichtung im Fahrzeug20 oder im Fahrzeug20' oder aber in der Schnellladestation60 oder der Schnellladestation60' mit den Ausgängen der Kanäle34 gekoppelt wird. - Die Batterie
30 umfasst in bevorzugten Ausführungsformen nanoskalige Partikel, die grundsätzlich hohe Laderaten ermöglichen. Die nanoskaligen Partikel können mit einer dünnen Karbonschicht versehen sein. Zum Beispiel können die Anoden der Zellen32 aus Lithium-Titanoxid-(LTO)-Nanoteilchen und die Kathoden aus Lithium-Eisenphosphat-(LFP)-Nanopartikeln gebildet sein, so dass die Batterie30 mit einer Rate von bis zu 3 Minuten (entsprechend einem C-Faktor von 20C) schnell aufgeladen werden kann und zudem viele Tausende von Ladevorgängen durchlaufen kann, ohne dass die Batterie30 während der Lebensdauer des Fahrzeugs20 oder20' ersetzt werden müsste. Unter Verwendung solcher Nanopartikel in der Batterie30 in Kombination mit der vorliegenden Erfindung, die den Temperaturanstieg der Batterie30 begrenzt, kann es beispielsweise möglich sein, die Batterie30 mehr als 10.000 Mal aufzuladen. Unter der Annahme einer Reichweite von 100 Meilen (circa 160,9 km) je Ladevorgang, könnte die Batterie30 so theoretisch über 1.000.000 Meilen (circa 1.609.344 km) während ihrer Lebensdauer zurücklegen. Eine derartig langlebige Batterie30 hätte einen hohen Restwert und könnte beispielsweise erneut in einem weiteren Fahrzeug eingesetzt werden. Des weiteren kämen dabei ökologische und strategische Vorteile für die Vereinigten Staaten zum Tragen, da der Bedarf an Rohstoffen für die Herstellung von Batterien gesenkt würde und weniger der benötigten Rohstoffe importiert werden müssten. - Andere Kühlmittel als Luft oder Öl können ebenfalls durch die Kühlmittelquelle
64 bereitgestellt werden. Dies können zum Beispiel fließfähige flüssige oder gasförmige Substanzen mit einer optimalen Wärmekapazität sein. Zur Erhöhung der Wärmetauschfähigkeit können dem Kühlmittel Zusatzstoffe beigefügt sein. In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung hat das Kühlmittel elektrisch isolierende Eigenschaften. - In weiteren Ausführungen kann der Abschnitt für die elektrische Speisung
82 des Anschlusses42 beispielsweise analog oder ähnlich einem Standardladestecker nach einer der Normen SAE J1772, SAE J1773, VDE-AR-E 2623-2-2 oder CHAdeMO ausgebildet sein, wobei der Ladestecker in den Abschnitt für die Kühlmittelspeisung84 (und gegebenenfalls in den Abschnitt für die Kühlmittelrückführung86 ) des Anschlusses42 integriert ist, um der Batterie30 elektrischen Strom und Kühlmittel gleichzeitig bereitzustellen. - In wieder anderen Ausführungen der vorliegenden Erfindung kann vorgesehen sein, dass es keine direkte Verbindung zwischen dem Abschnitt für die elektrische Speisung
82 und dem Abschnitt für den elektrischen Zufluss92 gibt, sondern dass der Abschnitt für die elektrische Speisung82 stattdessen indirekt mit der Elektroleitung24 gekoppelt ist, so dass die hochleistungsfähige Ladequelle62 die Batterie30 kabellos mittels Induktion oder magnetischer Resonanz laden kann. - Es ist darüber hinaus möglich, Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung in Hybridelektrofahrzeugen einzusetzen sowie in anderen Anwendungen, in denen Großbatterien benötigt werden und für die ein Schnellladen mit zusätzlich zugeführter, fahrzeugexterner Kühlung von Vorteil sein kann. Schnellladestationen könnten beispielsweise zum Laden und Kühlen bei Zügen, Flugzeugen, Militärfahrzeugen inklusive Waffen- und Kampfanwendungen, wie zum Beispiel Großrobotern, Panzern, Drohnen, M777 Haubitzen und Railguns usw. eingesetzt werden, wobei für alle diese Anwendungen die Möglichkeit zum schnellen Batterieladen vorteilhaft wäre, und wobei sich die Menge des benötigten und zuzuführenden Kühlmittels proportional zur Größe der Batterie und der gewünschten Ladegeschwindigkeit verhält. Im vorliegenden Zusammenhang wird der Begriff „Fahrzeug” benutzt, um jegliche Art von im weitesten Sinne mechanischen Geräten und Vorrichtungen zu umfassen.
- Insbesondere für militärische Zwecke kann es sinnvoll sein, in weiteren Ausführungen die Schnellladestationen
60 ,60' als mobile Ladestationen bereitzustellen, die dort von Ort zu Ort transportiert werden können, wo keine stationären Ladestationen zur Verfügung stehen. Entsprechend können die Schnellladestationen in ein Fahrzeug integriert werden, zum Beispiel in ein Panzerfahrzeug, ein Flugzeug oder einen LKW, oder sie können so ausgebildet sein, dass sie zu Transportzwecken auf ein Fahrzeug geladen werden oder anderweitig von einem Fahrzeug transportiert werden können. - Das Diagramm in
7 zeigt zwei Kurven, in denen für eine Batterie mit drei Zellen und einer 20-minütigen Laderate (d. h. einem C-Faktor von 3C) die Batteriekerntemperatur gegenüber der Ladezeit beim Schnellladen abgetragen ist. Die dreizellige Batterie umfasst elektrisch leitfähige Interkonnektoren36 (siehe2 ) zwischen den Zellen. Mit der Kurve200 ist die Temperatur der dreizelligen Batterie in Abhängigkeit von der Ladezeit ohne Kühlmittelzufluss durch die Interkonnektoren36 abgetragen, und mit der Kurve202 ist die Temperatur der dreizelligen Batterie in Abhängigkeit von der Ladezeit abgetragen, wenn Kühlmittel bei einer Geschwindigkeit von einem Liter pro Minute durch die Interkonnektoren36 in die Batterie30 hineingeleitet wird. In dem zugrundeliegenden Experiment wurde eine im Handel erhältliche Wärmeträgerflüssigkeit benutzt, das Thermoöl Paratherm LR, das ein paraffinhaltiger Kohlenwasserstoff mit einem breiten Einsatzspektrum zwischen –50 und 230 Grad Celsius ist. Paratherm LR zeichnet sich durch einen spezifischen Widerstand von etwa 10E14 Ohm cm und einer dielektrischen Durchschlagspannung (nach ASTM-Standard D1816-04, 0,1 Zoll/circa 0,254 cm Spalt) von über 22 kV aus, was im Experiment ausreichte, um die elektrischen Batteriekomponenten vor Schäden zu schützen, die beispielsweise durch einen Kurzschluss verursacht werden könnten, der außerdem zu einer unzureichenden Batterieaufladung führen würde. Das Diagramm verdeutlicht, wie die Zuführung von Kühlmittel in eine Batterie den Anstieg der Batterietemperatur begrenzt. - Ohne Kühlung steigt entsprechend
7 die Batterietemperatur von einer Ausgangstemperatur von 22 Grad Celsius in einem Ladevorgang von 4 Minuten auf etwa 30 Grad Celsius an und in 11 Minuten auf etwa 39 Grad Celsius. Im Vergleich dazu erreicht die Batterietemperatur erst nach 11 Minuten 30 Grad Celsius, wenn beim Laden Kühlmittel durch die Batterie geleitet wird. Der Temperaturanstieg in der Batterie ist unter Kühlmittelzugabe (Differenz von 8 Grad Celsius gegenüber der Ausgangstemperatur) entsprechend weniger als halb so hoch wie ohne Kühlmittel (Differenz von 17 Grad Celsius gegenüber der Ausgangstemperatur). Weitere Eigenschaften des Thermoöls Paratherm LR sind in der folgenden Tabelle aufgeführt.Chemische Bezeichnung Paraffinhaltiger Kohlenwasserstoff Maximal empfohlene Filmtemperatur 500°F/260°C Maximal empfohlene Betriebstemperatur 450°F/232°C Mindestbetriebstemperatur 20 cP (20 mPa·s) –58°F/–50°C Mindeststarttemperatur 300 cP (300 mPa·s) –112°F/–80°C Kinematische Viskosität bei 60°F/15,5°C cSt (mm2/s) 2,4 Dichte bei 60°F/15,5°C lb/gal (kg/m3) 6,4 (766) Flammpunkt (Closed Cup, D56) >130°F/54°C Zündtemperatur (maximal 10 s Zündverzögerung) >500°F/260°C Siedepunkt (14,7 psia/101 kPa) 397°F/202°C Dampfdruck @ maximaler Betriebstemperatur psia (kPa) 21 (145) thermische Ausdehnung über empfohlene Betriebstemperatur pro 100°F (°C) 6,8 (12,2) Durchschnittliches Molekulargewicht 160 Dielektrische Durchschlagspannung D1816-04 (kV, 0,1 Zoll/circa 0,254 cm Spalt) 22,15 Dielektrische Konstante (1 kHz) D924-04 2,03 Dielektrischer Verlustfaktor (1 kHz) D924-04 0,00001 Spezifischer Widerstand bei 100 V (Ω·cm) D257-07 1,84·1014 Brennwert (annähernd) Btu/lb (kJ/kg) 20.000 (46.300) Verdampfungsenergie (annähernd) Btu/lb (kJ/kg) 113 (262) - Die Erfindung wurde in den vorangehenden Ausführungen unter Bezugnahme auf spezifische Ausführungsformen und Beispiele davon beschrieben. Es ist jedoch durchaus vorstellbar, dass Abwandlungen oder Änderungen der Erfindung gemacht werden können, ohne dabei den Schutzbereich der nachstehenden Ansprüche zu verlassen. Die Beschreibung und die Figuren illustrieren und verdeutlichen nicht einschränkend zu verstehende Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung.
Claims (20)
- Eine Fahrzeugladestation, umfassend: eine Ladequelle zur Bereitstellung von elektrischer Ladung; eine Kühlmittelquelle zur Bereitstellung von Kühlmittel; und einen Anschluss, der sowohl einen Abschnitt für die elektrische Speisung zur Zuführung der elektrischen Ladung als auch einen Abschnitt für die Kühlmittelspeisung zur Zuführung des Kühlmittels umfasst und der mit einem Fahrzeug verbunden werden kann.
- Fahrzeugladestation nach Anspruch 1, wobei der Anschluss ein Gehäuse umfasst und das Gehäuse den Abschnitt für die elektrische Speisung und den Abschnitt für die Kühlmittelspeisung umfasst.
- Fahrzeugladestation nach Anspruch 1, wobei der Abschnitt für die elektrische Speisung kabellos oder induktiv mit dem Fahrzeug eine indirekte Verbindung bildet.
- Fahrzeugladestation nach Anspruch 1, wobei der Anschluss einen Verriegelungsmechanismus aufweist.
- Fahrzeugladestation nach Anspruch 1, wobei der Anschluss einen Auslöseknopf zur Steuerung des Verriegelungsmechanismus aufweist.
- Fahrzeugladestation nach Anspruch 1, wobei der Anschluss einen Auslöser für die Zuführung von elektrischer Ladung und Kühlmittel vom Anschluss zum Fahrzeug aufweist.
- Fahrzeugladestation nach Anspruch 1, wobei der Anschluss eine Datenverbindung zur Verbindung zwischen dem Fahrzeug und der Fahrzeugladestation aufweist.
- Fahrzeugladestation nach Anspruch 1, die weiterhin einen Prozessor umfasst, der mindestens mit einem Gerät für ein Abrechnungssystem und/oder mit einem Gerät für die Nutzung von Kreditkarten oder Lastschriftkarten verbunden ist.
- Fahrzeugladestation nach Anspruch 1, die weiterhin eine Kühleinheit zum Kühlen des Kühlmittels umfasst.
- Fahrzeugladestation nach Anspruch 1, wobei die Ladequelle die elektrische Batterie des Fahrzeugs bei 100 kW oder mehr auflädt.
- Fahrzeugladestation nach Anspruch 1, bei dem das Kühlmittel gasförmig vorliegt und mit einer Rate von 100 Kubikfuß (circa 2,8 Kubikmeter) pro Minute oder schneller zugeführt wird.
- Fahrzeugladestation nach Anspruch 1, bei dem das Kühlmittel in flüssiger Form vorliegt und mit einer Rate von 0,1 Liter pro Sekunde oder schneller zugeführt wird.
- Fahrzeugladestation nach Anspruch 1, die weiterhin eine Steuerung umfasst, die die Laderaten aufgrund der von einer im Fahrzeug befindlichen Steuerung übermittelten Daten festlegt.
- Ein Anschluss für eine Fahrzeugladestation, dieser Anschluss umfassend: einen Abschnitt für die elektrische Speisung zur Zuführung der elektrischen Ladung und einen Abschnitt für die Kühlmittelspeisung zur Zuführung des Kühlmittels, wobei der Anschluss mit einem Fahrzeug verbunden werden kann.
- Ein Elektrofahrzeug, umfassend: eine Elektrobatterie zur Bereitstellung von Energie für das Fahrzeugantriebssystem; eine Aufnahme für den Ladeanschluss; eine Kühlmittelleitung zwischen der Elektrobatterie und der Aufnahme; und eine Stromverbindung zwischen der Elektrobatterie und der Aufnahme.
- Elektrofahrzeug nach Anspruch 15, wobei die Stromverbindung eine Elektroleitung umfasst.
- Elektrofahrzeug nach Anspruch 15, wobei das Kühlmittel von der Kühlmittelleitung durch die Elektrobatterie geleitet wird.
- Elektrofahrzeug nach Anspruch 15, das weiterhin eine im Fahrzeug befindliche Steuerung umfasst, die mit einer Ladestation verbunden werden kann.
- Elektrofahrzeug nach Anspruch 18, wobei die im Fahrzeug befindliche Steuerung zum Festlegen der Ladeparameter Daten über den Batteriezustand an die Ladestation übermittelt.
- Elektrofahrzeug nach Anspruch 18, das weiterhin einen Sensor umfasst, der mindestens eine der beiden Größen Temperatur oder Spannung der Batterie erfasst und an die im Fahrzeug befindliche Steuerung für das Kühlen und Laden der Batterie zurückmeldet.
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