-
Die vorliegende Erfindung betrifft ein elektrisches Ladekabel für ein Kraftfahrzeug, mit wenigstens einem elektrisch leitfähigen Leiter, der an seinen Enden elektrisch kontaktierbar ist, um elektrische Energie zu übertragen, einer Isolationsschicht, die den Leiter umfänglich umgibt, und einem Kühlmittelkanal, in dem ein Kühlfluid zum Kühlen des Leiters geführt bzw. führbar ist.
-
Auf dem Gebiet der elektrischen Energieübertragung, und insbesondere auf dem Gebiet der Ladeleitungen für Kraftfahrzeuge, werden elektrische Leiter üblicherweise in einer Mantelleitung angeordnet, in der zusätzlich zu den jeweils einzeln isolierten elektrischen Leitern Fülladern aus Kunststoff aufgenommen sind, um eine entsprechend kreisrunde Außengeometrie der Mantelleitung zu ermöglichen. Durch die mehrfache Isolierung der elektrischen Leiter und die Fülladern innerhalb der Mantelleitung ist die Abfuhr von Verlustwärme, die in den elektrischen Leitungen entsteht, gering, so dass es bei der Übertragung von großen elektrischen Leistungen insbesondere beim Ladevorgang eines Kraftfahrzeugs zu Überhitzungen der elektrischen Leiter und des Ladekabels im Allgemeinen kommen kann.
-
Zur Verbesserung der Kühlung eines elektrischen Ladekabels für Kraftfahrzeuge ist es bspw. aus der
DE 199 21 310 A1 bekannt, in der elektrischen Leitung des Ladekabels einen Kühlkanal auszubilden, der von einem Kühlmedium durchströmbar ist, um Verlustwärme der elektrischen Leitungen abzuführen.
-
Nachteilig dabei ist es, dass die Anordnung des Kühlmittelkanals in den elektrischen Leitungen aufwändig ist und durch die zusätzliche Isolierung des Kühlmittelkanals und der elektrischen Leitungen die Wärmeübertragung zwischen den elektrischen Leitungen und dem Kühlmedium gering ist.
-
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein verbessertes elektrisches Ladekabel für ein Kraftfahrzeug bereitzustellen, das mit technisch geringem Aufwand eine verbesserte Kühlung von elektrischen Leitungen ermöglicht.
-
Diese Aufgabe wird bei dem eingangs genannten elektrischen Ladekabel dadurch gelöst, dass die Isolationsschicht von dem Leiter beabstandet ist und der erste Kühlmittelkanal zwischen der Isolationsschicht und dem Leiter derart ausgebildet ist, dass das Kühlfluid den Leiter direkt umströmt. Das elektrische Ladekabel weist ferner eine Mantelschicht auf, die die Isolationsschicht umfänglich umgibt, wobei die Mantelschicht von der Isolationsschicht beabstandet ist, und wobei ein zweiter Kühlmittelkanal zwischen der Mantelschicht und der Isolationsschicht gebildet ist. Das elektrische Ladekabel weist an einem axialen Ende einen Steckverbinder aufweist, um den Leiter elektrisch zu kontaktieren, wobei der Steckverbinder den ersten Kühlmittelkanal mit dem zweiten Kühlmittelkanal verbindet.
-
Im Sinne der vorliegenden Erfindung ist der elektrisch leitfähige Leiter nicht separat isoliert, so dass das Kühlfluid in dem ersten Kühlmittelkanal den elektrischen Leiter bzw. elektrische Adern des elektrischen Leiters direkt umströmen bzw. die stromführenden Adern des elektrischen Leiters direkt berühren kann, so dass eine direkte Wärmeübertragung von dem elektrischen Leiter auf das Kühlfluid möglich ist.
-
Dadurch, dass das Kühlfluid den elektrischen Leiter direkt umströmt, kann somit die Wärmeübertragung zwischen dem Kühlmedium und dem elektrischen Leiter bzw. den elektrischen Adern des elektrischen Leiters verbessert werden, da keine elektrische Isolation der elektrischen Leitung von dem Wärmestrom überwunden werden muss und ein direkter konventioneller Wärmeübergang zwischen dem elektrischen Leiter und dem Kühlfluid gewährleistet ist.
-
Das elektrische Ladekabel weist ferner die Mantelschicht auf, die die Isolationsschicht umfänglich umgibt, wobei die Mantelschicht von der Isolationsschicht beabstandet ist und ein zweiter Kühlmittelkanal zwischen der Mantelschicht und der Isolationsschicht gebildet ist.
-
Dadurch kann das Kühlfluid in einem geschlossenen System in dem gesamten Ladekabel geführt werden, so dass eine definierte Kühlung der elektrisch leitfähigen Leiter möglich ist.
-
Das elektrische Ladekabel weist an einem axialen Ende einen Steckverbinder auf, um den Leiter elektrisch zu kontaktieren und wobei der Steckverbinder den ersten Kühlmittelkanal mit dem zweiten Kühlmittelkanal verbindet.
-
Dadurch kann der erste Kühlmittelkanal mit dem zweiten Kühlmittelkanal verbunden werden, so dass ein definierter Kühlfluidumlauf mit technisch geringem Aufwand bereitgestellt werden kann.
-
Das elektrische Ladekabel kann folglich mit einer verbesserten Wärmeabführung und mit technisch geringem Aufwand bereitgestellt werden, so dass die Aufgabe der vorliegenden Erfindung vollständig gelöst wird.
-
In einer bevorzugten Ausführungsform ist zwischen der Isolationsschicht und dem Leiter ein Hohlraum gebildet, der den ersten Kühlmittelkanal bildet.
-
Dadurch, dass der erste Kühlmittelkanal lediglich durch einen Hohlraum zwischen der Isolationsschicht und dem elektrischen Leiter gebildet ist und kein separater Kühlmittelkanal bereitgestellt werden muss, kann der technische Aufwand für den ersten Kühlmittelkanal und insgesamt für das elektrische Ladekabel erheblich reduziert werden.
-
In einer bevorzugten Ausführungsform bildet der erste Kühlmittelkanal einen Kühlmittelvorlauf und der zweite Kühlmittelkanal einen Kühlmittelrücklauf.
-
Dadurch kann dem elektrisch leitfähigen Leiter das Kühlfluid gekühlt bereitgestellt werden und über den zweiten Kühlmittelkanal das Kühlfluid zurückgeführt werden, so dass ein definierter Kühlmittelumlauf erzielt werden kann.
-
In einer bevorzugten Ausführungsform weist das elektrische Ladekabel an wenigstens einem axialen Ende einen Steckverbinder auf, um den Leiter elektrisch zu kontaktieren, wobei der Steckverbinder eine Öffnung aufweist, die mit dem Kühlmittelkanal verbunden ist, um das Kühlfluid aus dem elektrischen Ladekabel abzuführen.
-
Dadurch kann mit technisch geringem Aufwand ein Kühlfluidstrom in dem Kühlmittelkanal erzeugt werden und das Kühlfluid mit technisch geringem Aufwand aus dem Kühlmittelkanal abgeführt werden.
-
In einer bevorzugten Ausführungsform weist das elektrische Ladekabel an wenigstens einem axialen Ende einen Steckverbinder auf, um die elektrisch leitfähige Leitung elektrisch zu kontaktieren, und wobei der Steckverbinder mit einer Kühlmittelanordnung verbindbar ist, um dem ersten Kühlmittelkanal das Kühlfluid zuzuführen.
-
Dadurch kann dem Kühlmittelkanal durch die Kühlmittelanordnung gekühltes Kühlfluid zugeführt werden, wodurch die Kühlleistung des elektrischen Ladekabels insgesamt verbessert werden kann.
-
In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Kühlfluid durch Umgebungsluft gebildet, die gekühlt oder ungekühlt in den Kühlmittelkanal eingeleitet wird.
-
Dadurch kann mit technisch geringem Aufwand den Leitern Kühlfluid zugeführt werden.
-
In einer besonderen Ausführungsform weist das elektrische Ladekabel einen Drucksensor auf, der in dem zweiten Kühlmittelkanal angeordnet ist, um einen Druckabfall in dem Kühlmittelkanal zu erfassen.
-
Dadurch ist mit technisch geringem Aufwand eine Leckage in dem Kühlmittelkanal detektierbar, wodurch eine Fehlfunktion der Kühlung insgesamt frühzeitig erkannt werden kann.
-
In einer bevorzugten Ausführungsform ist ein zweiter Drucksensor in dem ersten Kühlmittelkanal angeordnet, um eine Position einer Beschädigung des Kühlmittelkanals zu bestimmen.
-
Dadurch kann eine Leckageposition in dem Kühlmittelkanal mit technisch geringem Aufwand erfasst und bestimmt werden, wodurch die Lokalisierung eines Lecks und eine entsprechende Reparatur mit technischem Aufwand erzielt werden kann.
-
Insgesamt kann durch das vorliegende elektrische Ladekabel mit technisch geringem Aufwand eine verbesserte Kühlung der elektrischen Leitung bereitgestellt werden, da das Kühlfluid die elektrische Leitung direkt umströmt und der Wärmestrom nicht durch eine Isolierung behindert wird, wobei gleichzeitig der technische Aufwand durch die Beabstandung der Isolationsschicht von dem elektrischen Leiter und durch den dazwischen gebildeten Kühlkanal, der eine Kühlmittelleitung bildet, erheblich reduziert werden.
-
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen. Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
-
1 eine schematische Darstellung eines elektrischen Ladekabels, welches ein elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug elektrisch mit einer Ladestation verbindet;
-
2 eine schematische Querschnittsansicht einer ersten Ausführungsform des elektrischen Ladekabels mit einem Kühlmittelkanal;
-
3 eine schematische Querschnittsansicht einer zweiten Ausführungsform des elektrischen Ladekabels mit zwei Kühlmittelkanälen; und
-
4 eine schematische Ansicht eines Längsschnitts des elektrischen Ladekabels gemäß einer zweiten Ausführungsform aus 3.
-
In 1 ist eine elektrische Leitungsanordnung schematisch dargestellt und allgemein mit 10 bezeichnet. Die elektrische Leitungsanordnung 10 bildet ein Ladekabel für ein Kraftfahrzeug 12 und verbindet das Kraftfahrzeug 12 mit einer Ladestation 14, um einen elektrischen Energiespeicher des Kraftfahrzeugs 12 an der Ladestation 14 entsprechend aufzuladen.
-
Die elektrische Leitungsanordnung 10 weist im Allgemeinen einen elektrisch leitfähigen Leiter 16 auf, der an seinen gegenüberliegenden axialen Enden jeweils mit einem elektrischen Anschluss 18, 20 bzw. einem Stecker 18, 20 oder Steckverbinder 18, 20 verbunden ist, um den elektrisch leitfähigen Leiter 16 mit der Ladestation 14 sowie dem Kraftfahrzeug 12 elektrisch zu verbinden und entsprechend elektrische Energie auf den elektrischen Energiespeicher des Kraftfahrzeugs 12 zu übertragen. Die elektrische Leitungsanordnung 10 weist ferner eine Isolationsschicht 22 auf, die den elektrisch leitfähigen Leiter 16 umfänglich umgibt und entsprechend gegenüber der Umgebung elektrisch isoliert. Die Isolationsschicht 22 ist von dem elektrisch leitfähigen Leiter 16 beabstandet, so dass zwischen dem elektrisch leitfähigen Leiter 16 und der Isolationsschicht 22 ein Hohlraum gebildet ist. Der Hohlraum bildet einen Kühlmittelkanal 24, in dem ein Kühlfluid zum Kühlen des elektrisch leitfähigen Leiters 16 geführt bzw. führbar ist. Der elektrisch leitfähige Leiter 16 weist keine elektrisch isolierende Ummantelung auf, so dass das Kühlfluid in dem Kühlmittelkanal 24 den elektrisch leitfähigen Leiter 16 direkt umströmt bzw. die stromführenden Adern des Leiters 16 direkt berührt und entsprechend zwischen dem Kühlfluid und dem elektrischen Leiter 16 ein direkter konvektiver Wärmeübergang gebildet wird.
-
Dadurch, dass das Kühlfluid in dem Hohlraum zwischen der Isolationsschicht 22 und dem elektrisch leitfähigen Leiter 16 gebildet ist, kann der technische Aufwand zur Bereitstellung des Kühlmittelkanals 24 erheblich reduziert werden und gleichzeitig die Abführung der Verlustwärme des elektrisch leitfähigen Leiters 16 erheblich verbessert werden.
-
Der elektrisch leitfähige Leiter 16 ist an seinen axialen Enden jeweils mit dem jeweiligen elektrischen Anschluss 18, 20 bzw. jeweils dem Steckverbinder 18, 20 verbunden, um die elektrische Leitungsanordnung 10 entsprechend mit der Ladestation 14 sowie dem Kraftfahrzeug 12 zu verbinden.
-
Das Kühlfluid, das in einer bevorzugten Ausführungsform durch gekühlte oder ungekühlte Umgebungsluft gebildet wird, wird dem Kühlmittelkanal 24 vorzugsweise von der Ladestation 14 bereitgestellt und kann an dem Stecker 20 durch eine Öffnung abgeführt werden oder über einen hier nicht dargestellten zweiten Kühlmittelkanal an die Ladestation 14 zurückgeführt werden wie es im Weiteren näher erläutert ist.
-
In 2 ist eine schematische Schnittansicht der elektrischen Leitungsanordnung 10 gemäß einer ersten Ausführungsform dargestellt.
-
Die elektrische Leitungsanordnung 10 weist den Leiter 16 auf, der aus einer Mehrzahl von elektrisch leitfähigen Adern vorzugsweise Metall bzw. Kupferadern gebildet ist. Die Isolationsschicht 22 umgibt den Leiter 16 umfänglich und ist von dem Leiter 16 beabstandet, so dass ein Hohlraum 26 in radialer Richtung zwischen dem Leiter 16 und der Isolationsschicht 22 gebildet ist. In dem Hohlraum 26 ist das Kühlmedium 28 geführt, das den Leiter 16 umströmt und so einen konvektiven Wärmeübergang zwischen dem Leiter 16 und dem Kühlmedium 28 bildet. Der Leiter 16 ist gegenüber dem Kühlmedium nicht isoliert, so dass das Kühlmedium 28 direkt die metallischen Adern bzw. die Kupferadern umströmt. Dadurch kann ein besonders guter Wärmeübergang zwischen dem Leiter 16 und dem Kühlmedium 28 gebildet werden, so dass eine effektive Kühlung des Leiters 16 möglich ist.
-
Das Kühlmedium 28 kann aus gekühlter oder ungekühlter Umgebungsluft gebildet sein oder als umlaufende Kühlflüssigkeit ausgebildet sein.
-
In 3 ist eine Ausführungsform der elektrischen Leitungsanordnung 10 in einem Querschnitt dargestellt. Gleiche Elemente sind mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet, wobei hier lediglich die Besonderheiten erläutert sind.
-
Die elektrische Leitungsanordnung 10 weist zwei Leiter 16 mit jeweils einer Isolationsschicht 22 auf, die parallel zueinander geführt sind und unterschiedliche Leiter bzw. unterschiedliche Pole der elektrischen Leitungsanordnung 10 bilden. Die Isolationsschichten 22 der beiden Leiter 16 sind umfänglich von einer Mantelschicht 30 umgeben, die eine Außenhülle der elektrischen Leitungsanordnung 10 bildet. Die Mantelschicht 30 ist von den Isolationsschichten 22 der Leiter 16 beabstandet, so dass ein zweiter Hohlraum 32 zwischen der Mantelschicht 30 und den Isolationsschichten 22 gebildet ist.
-
In dieser Anordnung bilden die ersten Hohlräume 28 zwischen den Isolationsschichten 22 und den jeweiligen Leitern 16 einen Vorlauf für das Kühlmedium 28 und der zweite Hohlraum 32 bildet einen Rücklauf für das Kühlmedium 28, wie es in 3 dargestellt ist. Die Hohlräume 26 zwischen den Isolationsschichten 22 und den jeweiligen Leitern 16 sind an einem axialen Ende an einem der Stecker 18, 20 miteinander verbunden, so dass das Kühlmedium 28 durch die Hohlräume 26, 32 gepumpt werden kann. Dadurch ist ein umlaufendes Kühlsystem für die Leiter 16 realisierbar, das von einer Seite wie bspw. der Ladestation 14 mit Kühlmedium versorgt werden kann.
-
In 4 ist eine schematische Schnittansicht der elektrischen Leitungsanordnung 10 in einem Längsschnitt dargestellt. Gleiche Elemente sind mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet, wobei hier lediglich die Besonderheiten erläutert sind.
-
Die elektrische Leitungsanordnung 10 weist innerhalb der Mantelschicht 30 den Leiter 16 auf, der von der Isolationsschicht 22 umgeben ist, wobei in dem Hohlraum 26 das Kühlmedium 28 als Vorlauf geführt ist und wobei in dem zweiten Hohlraum 32 zwischen der Mantelschicht 30 und der Isolationsschicht 22 das Kühlmedium 28 als Rücklauf geführt ist. Die Leitungsanordnung 10 ist mit dem Steckverbinder 20 verbunden, in dem ein Vorlaufabgriff 34 angeordnet ist, der mit dem Hohlraum 26 verbunden ist, um das Kühlmedium 28 aus dem Hohlraum 26 herauszuführen und in den zweiten Hohlraum 32 zwischen der Isolationsschicht 22 und der Mantelschicht 30 einzuleiten. Dadurch kann der Hohlraum 26 als Vorlauf mit dem zweiten Hohlraum 32 als Rücklauf verbunden werden und das Kühlmedium 28 entsprechend in der elektrischen Leitungsanordnung 10 umgepumpt werden. Dadurch kann gekühltes Kühlmedium 28 den oder die Leiter 16 umströmen und die Wärme entsprechend aufnehmen und über den zweiten Hohlraum 32 zurückgeführt werden.
-
In dem Stecker 20 ist ferner ein elektrischer Kontakt 36 für den Leiter 16 gebildet, um die elektrische Leitungsanordnung 10 mit dem Kraftfahrzeug 12 oder der Ladestation 14 elektrisch zu verbinden.
-
In einer alternativen Ausführungsform kann der Stecker 20 eine Öffnung aufweisen, durch die hindurch das Kühlmedium aus dem Hohlraum 26 herausgeführt und entsprechend entsorgt wird. Dabei ist es besonders bevorzugt, wenn das Kühlmedium 28 durch Umgebungsluft gebildet wird, so dass der Leiter 16 durch angesaugte Umgebungsluft gekühlt wird und die aufgewärmte Kühlungsluft durch die Öffnung in dem Stecker 20 entsprechend wieder an die Umgebung abgeführt wird. Dadurch ist eine Kühlung mit besonders geringem technischen Aufwand möglich.
-
In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Ladestation 14 eine Kühlmittelanordnung auf, die das Kühlmedium 28 bereitstellt und in den Hohlraum 26 einleitet und ggf. das zurückgeführte Kühlmedium wieder aufnimmt und dem Hohlraum 26 gekühlt wieder zuführt. Dadurch ist eine effektive Kühlung der Leiter 16 durch ein Umpumpen des Kühlmediums 28 möglich.
-
In einer bevorzugten Ausführungsform ist in dem Hohlraum 26 und dem Hohlraum 32 jeweils ein Drucksensor angeordnet, um einen Druck in dem Kühlungssystem zu messen und ein Leck in der Isolationsschicht 22 oder der Mantelschicht 30 zu erfassen. Sofern eine Druckdifferenz zwischen den Drucksensoren 36, 38 erfasst wird, kann eine Leckage in der Isolationsschicht 22 oder der Mantelschicht 30 identifiziert und lokalisiert werden.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
