EP4630281A1 - Ladesteckverbinder für elektro- und hybridfahrzeuge - Google Patents

Ladesteckverbinder für elektro- und hybridfahrzeuge

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Publication number
EP4630281A1
EP4630281A1 EP23817951.9A EP23817951A EP4630281A1 EP 4630281 A1 EP4630281 A1 EP 4630281A1 EP 23817951 A EP23817951 A EP 23817951A EP 4630281 A1 EP4630281 A1 EP 4630281A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
charging
charging connector
contact
fluid
fluid container
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP23817951.9A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Christian Sturm
Robert Landskron
Christian Bauer
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Kiekert AG
Original Assignee
Kiekert AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Kiekert AG filed Critical Kiekert AG
Publication of EP4630281A1 publication Critical patent/EP4630281A1/de
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L53/00—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles
    • B60L53/10—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles characterised by the energy transfer between the charging station and the vehicle
    • B60L53/14—Conductive energy transfer
    • B60L53/16—Connectors, e.g. plugs or sockets, specially adapted for charging electric vehicles
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/7072—Electromobility specific charging systems or methods for batteries, ultracapacitors, supercapacitors or double-layer capacitors
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02T90/10—Technologies relating to charging of electric vehicles
    • Y02T90/14—Plug-in electric vehicles

Definitions

  • the present invention relates to a charging connector for electric and hybrid vehicles, with a housing and charging contacts arranged in the housing for contacting corresponding charging contacts of a corresponding charging connector, as well as a use of such a charging connector.
  • Electric and hybrid vehicles have a rechargeable energy storage device, usually a high-voltage battery, which provides energy to an electric drive motor when driving. The storage capacities of these high-voltage batteries are limited, so they have to be regularly recharged at a charging station. The battery is charged using a charging cable provided between the charging station and the vehicle.
  • the charging cable for example in accordance with the European standard IEC 62196 Type 2, has a charging plug on one side that can be plugged into a charging socket provided on the charging station, and a charging coupling on the other side that can be connected to a charging plug installed in the electric and hybrid vehicle.
  • charging sockets, charging plugs, charging couplings and charging plugs are subsumed under the term “charging connector”.
  • Charging sockets and charging couplings have contact sleeves as charging contacts, and charging plugs and charging plugs that can be installed in electric and hybrid vehicles have contact pins as charging contacts that can be plugged into the contact sleeves.
  • a charging current flowing through the charging connector causes it to heat up due to ohmic current heat losses.
  • the heating of the charging connector is limited to a limit temperature increase.
  • the limit temperature increase is limited to 50 K. This in turn leads to a maximum charging current for largely standardized connector geometries, which generally cannot be greater than 200 A in continuous load operation.
  • higher charging currents over limited periods of time are necessary in order to charge the battery in the desired short time. This can lead to temporary heating of the charging connectors that exceeds the limit temperature increase.
  • the cable cross-section of the electrical connection body cannot be increased at will, since the connector geometries are standardized and, in addition, the smallest possible amount of conductive material, usually copper, should be used for the electrical connection body.
  • the task is to be solved by providing an electrical connection body that enables increased charging currents with limited heating and therefore has an increased short-term current carrying capacity.
  • This task is to be solved by providing an electrical connection body for a charging plug or a charging socket, wherein the P22230WO 3 November 9, 2023 Kiekert AG Electrical connector body has a first connection area for galvanic connection to an electrical energy receiver and a second connection area for galvanic connection to an electrical energy source, wherein the electrical connector body is designed such that it has a cooling fluid channel formed in the electrical connector body, wherein the cooling fluid channel of the electrical connector body is fluidly connected to a cooling fluid source that is arranged in a charging station. Cooling of a charging connector for electric and hybrid vehicles, which starts from the side of the charging station, is also otherwise well known from the prior art.
  • DE 102015 119 338 A1 describes that two connection points for coolant lines are arranged on a contact sleeve element of a charging plug. Coolant is guided circularly around the contact sleeve element by means of a spiral-shaped plug-on element. The two connection points serve as inlet and outlet for the coolant, which is led from the charging station to the charging plug.
  • EP 3433 902 B1 also describes a connector part with cooled contact elements.
  • a coolant is supplied via coolant lines to the contact elements of the charging coupling connected to the charging cable on the charging station side.
  • a fluid is provided as the coolant, which is led perpendicular to the contact element into the hollowed-out contact element and flows back inside the contact element.
  • 10 2016 105 361 B4 also describes a connector part with a cooled contact element, whereby here too, on the charging station side, a coolant is provided for the supply of coolant via coolant lines to the contact elements of a charging socket connected to the charging cable. Guide elements are arranged on the contact elements, which are intended to ensure that the coolant in the form of compressed air flows around the contact elements.
  • the object of the present invention is to achieve improved heat dissipation in a charging connector which is not itself equipped with a cooling system on the part of a charging station. This object is solved by the subject matter of the independent claims. Preferred developments of the invention are described in the subclaims.
  • a charging connector for electric and hybrid vehicles with a housing, charging contacts arranged in the housing for contacting corresponding charging contacts of a corresponding charging connector and a fluid container filled with a fluid, which is in heat-conducting contact with at least one of the charging contacts.
  • An essential aspect of the invention is therefore that the heat generated during charging at a charging contact P22230WO 5 November 9, 2023 Kiekert AG Energy is absorbed by the fluid so that overheating of the charging contact and the charging connector can be avoided.
  • various fluids can be used for the invention.
  • the fluid is a liquid, e.g. water or a mixture of water and another substance, most preferably a glycol-water mixture.
  • Glycols are often used in coolants, antifreeze agents and de-icers because the melting point of ⁇ 10 to ⁇ 15 °C is lower than that of water. In combination with water, i.e. with a glycol-water mixture as mentioned here, the melting point is even significantly lower and can reach up to ⁇ 55 °C depending on the mixing ratio. In this way, the fluid remains liquid even at very low temperatures, which enables the invention to be widely used even in very cold climates.
  • the fluid is an oil, preferably a mineral oil, a vegetable oil, a silicone oil or a synthetic oil.
  • the fluid container can be thermally coupled to the charging contact in different ways.
  • the fluid container is connected to at least one of the charging contacts by means of a heat pipe.
  • a heat pipe is a heat exchanger that allows a high heat flow density by using the evaporation enthalpy of a medium. P22230WO 6 November 9, 2023 Kiekert AG In this way, large amounts of heat can be transferred over a small cross-sectional area.
  • the heat pipe can be connected to the charging contact in different ways. According to a preferred development of the invention, however, the heat pipe is inserted into the charging contact transversely to the longitudinal direction of the charging contact. Furthermore, according to a preferred development of the invention, the charging contact is pin-shaped and the heat pipe runs within the charging contact in its longitudinal direction.
  • the fluid container has a wall with two openings through which at least one of the charging contacts is passed.
  • the charging contact comes into contact with the fluid inside the fluid container, which also enables effective heat transfer from the charging contact to the fluid.
  • the charging contact it is possible for the charging contact to come into direct contact with the fluid.
  • the charging contact has a galvanically insulating coating, e.g. made of an electrically insulating material, at least in its area inside the fluid container.
  • the charging contact is electrically insulated from the fluid, which is advantageous from a safety perspective, without the heat transfer from the charging contact to the fluid suffering significantly as a result.
  • the fluid container is arranged within the housing of the charging connector, the cavity between the inner wall of the housing and the fluid container being at least partially, preferably completely, cast with a casting compound. In this way, the fluid container is sealed not only by seals at the openings of the fluid container. Rather, the fluid container can be sealed as a whole, i.e. along its entire surface, if it is completely embedded in the casting compound.
  • Cast resin has proven to be particularly suitable as a casting compound.
  • a casting resin is a synthetic resin that is processed in liquid form into the final product and then solidifies as the final product or as a component thereof.
  • the still liquid resin is poured into the housing in which the other components of the charging connector, such as the charging contacts and the fluid container, are already arranged. This ultimately creates a casting resin body with free-form surfaces that securely and sealingly encloses the other components of the charging connector in its housing.
  • P22230WO 8 November 9, 2023 Kiekert AG Finally, according to a preferred embodiment of the invention, the volume of the fluid is between 150 and 20 ml, preferably between 60 and 20 ml, very particularly preferably between 40 and 20 ml.
  • Fig. 1 shows a perspective view of a charging connector according to a preferred embodiment of the invention
  • FIG. 2 shows a perspective view of a charging connector corresponding to the charging connector from Fig. 1, P22230WO 9 November 9, 2023 Kiekert AG
  • FIG. 3 shows schematically a first embodiment of the invention for cooling a charging contact of a charging connector by means of a fluid provided in a fluid container
  • Fig. 4 shows schematically a first embodiment of the invention for cooling a charging contact of a charging connector by means of a fluid provided in a fluid container
  • Fig. 5 shows schematically a first embodiment of the invention for cooling a charging contact of a charging connector by means of a fluid provided in a fluid container
  • Fig. 6 shows schematically an electric or hybrid vehicle with a charging connector according to a preferred embodiment of the invention.
  • Fig. 3 shows schematically a first embodiment of the invention for cooling a charging contact of a charging connector by means of a fluid provided in a fluid container
  • Fig. 4 shows schematically a first embodiment of the invention for cooling a charging contact of a charging connector by means of a
  • FIG. 1 shows a perspective view of a charging connector 1 according to a preferred embodiment of the invention.
  • This is a charging plug for installation in the vehicle body 12 of an electric or hybrid vehicle 2, as shown schematically in Fig. 6.
  • the present charging connector 1 is essentially and in terms of its plug face a charging plug in accordance with the European standard IEC 62196 Type 2.
  • a protective contact 14 P22230WO 10 November 9, 2023 Kiekert AG and communication contacts 15 the charging connector 1 has two direct current charging contacts 4 for direct current charging.
  • the charging connector 1 is here composed of a first housing part 16 and a second housing part 17, which together form the housing 3 of the charging connector 1.
  • the first housing part 16 is connected to the second housing part 17 by laser welding.
  • the first housing part 16 corresponds to the housing part that faces outwards when installed in the vehicle body 12 of an electric or hybrid vehicle 2 and, as indicated in Fig. 6, is intended to receive a corresponding charging connector 18, which is designed as a charging coupling.
  • a corresponding charging connector 18 can be seen in a perspective view in Fig. 2.
  • This is a charging coupling for direct current charging, the connector face of which complies with the European standard IEC 62196 Type 2.
  • Two corresponding charging contacts 19 are provided for direct current charging, which interact with the direct current charging contacts 4 of the charging connector 1 during charging.
  • the corresponding charging connector 19 has two communication contacts 22 and a protective contact 21.
  • the direct current charging contacts 22 of the charging connector 1 are designed as contact pins and the corresponding direct current charging contacts 19 of the corresponding charging connector 1 are designed as contact pins.
  • P22230WO 11 November 9, 2023 Kiekert AG binders 18 as contact sleeves into which the contact pins can be inserted.
  • the charging connector 1 is equipped with a fluid container 6 filled with a fluid 5, which is in heat-conducting contact with the two direct current charging contacts 4.
  • Fig. 3 shows schematically a first embodiment of the invention for cooling the direct current charging contacts 4 of a charging connector 1 by means of a fluid 5 provided in a fluid container 6.
  • the fluid 5 is in the present case a glycol-water mixture with a volume of 40 ml, which has been filled into the fluid container 6 via an opening 27 that is now closed with a closure 28.
  • the fluid container 6 is not directly coupled to the direct current charging contact 4 shown there. Rather, a heat pipe 7 is arranged between the direct current charging contact 4 and the fluid container 6, which ensures effective heat transfer from the direct current charging contact 4 to the fluid 5 provided in the fluid container 6.
  • the heat pipe is guided into the interior of the fluid container 6 via an opening 20 sealed by a seal 26, in such a way that the heat pipe 7 P22230WO 12 November 9, 2023 Kiekert AG within the fluid container 6 protrudes beyond the filling level of the fluid 5 in the fluid container 6.
  • Fig. 4 now schematically shows a second embodiment of the invention for cooling the direct current charging contacts 4 of a charging connector 1 by means of a fluid 5 provided in a fluid container 6.
  • the coupling of the fluid 5 to the direct current charging contact 4 is not carried out with a heat pipe 7. Rather, the fluid container 6 is provided with a wall 8 which has two openings 9 through which a respective direct current charging contact 4 is passed. The openings 9 are sealed using a seal 26.
  • the direct current charging contact 4 has a galvanically insulating coating 10 in its area within the fluid container 6 in order to achieve electrical insulation from the fluid 5.
  • An electrically insulating plastic has been chosen for this galvanically insulating coating, which, however, has good thermal conductivity, so that the thermal coupling of the heat pipe 7 to the fluid 5 is practically not impaired.
  • FIG. 5 shows, as a third preferred embodiment of the invention, such a further development of the second embodiment of the invention, in which the fluid container 6 is formed within the housing 3 of the charging connector and the cavity between the inner wall of the housing 3 and the fluid container 6 is cast with a casting compound 11 in such a way that possible leaks in the area of the openings 9 of the fluid container 6 are avoided.
  • a casting resin is used as the casting compound, i.e. a synthetic resin that is processed in liquid form to form the final product and solidifies as this or as a component thereof.
  • the still liquid resin was poured into the housing in which the other components of the charging connector 1, such as the charging contacts 4 and the fluid container 6, were already arranged.
  • the charging connector 1 is used in the present case in the form of a built-in plug on the vehicle body 12 of an electric or hybrid vehicle 2.
  • Fig. 6 schematically shows a system according to a preferred embodiment of the invention, which comprises a charging connector 1 built into a vehicle body 12 of an electric or hybrid vehicle 2, a corresponding charging connector 18 in the form of a charging coupling, a charging station 25 and a charging cable 24 connected to the charging station 20 and carrying the charging coupling 23.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)
  • Connector Housings Or Holding Contact Members (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Lade Steckverbinder für Elektro- und Hybridfahrzeuge (2), mit einem Gehäuse (3), und in dem Gehäuse (3) angeordneten Ladekontakten (4) zum Kontaktieren korrespondierender Ladekontakte (14) eines korrespondierenden Ladesteckverbinders (1). Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, einen mit einem Fluid (5) gefüllten Fluidbehälter (6) vorzusehen, der in wärmeleitendem Kontakt zu wenigstens einem der Ladekontakte (4) steht. Auf diese Weise wird ein verbesserter Wärmeabtrag bei einem Ladesteckverbinder (1) erzielt, der selbst mit keinem Kühlsystem von Seiten einer Ladestation (25) ausgestattet ist.

Description

P22230WO 1 9. November 2023 Kiekert AG Ladesteckverbinder für Elektro- und Hybridfahrzeuge Die vorliegende Erfindung betrifft einen Ladesteckverbin- der für Elektro- und Hybridfahrzeuge, mit einem Gehäuse und in dem Gehäuse angeordneten Ladekontakten zum Kontak- tieren korrespondierender Ladekontakte eines korrespon- dierenden Ladesteckverbinders sowie eine Verwendung eines solchen Ladesteckverbinders. Elektro- und Hybridfahrzeuge verfügen über einen auflad- baren Energiespeicher, in der Regel eine Hochvolt-Batte- rie, die im Fahrbetrieb einem elektrischen Antriebsmotor Energie bereitstellt. Die Speicherkapazitäten dieser Hochvolt-Batterien sind begrenzt, so dass sie regelmäßig an einer Ladestation wieder aufgeladen werden müssen. Das Laden der Batterie erfolgt über ein zwischen Ladestation und Fahrzeug vorgesehenes Ladekabel, wobei das Ladekabel z.B. gemäß der europäischen Norm IEC 62196 Typ 2 auf der einen Seite mit einem Ladestecker, der in eine an der La- destation vorgesehene Ladesteckdose einsteckbar ist, und auf der anderen Seite mit einer Ladekupplung versehen ist, die mit einem im Elektro- und Hybridfahrzeug instal- lierten Ladeeinbaustecker verbindbar ist. Vorliegend wer- den Ladesteckdosen, Ladestecker, Ladekupplungen und Lade- einbaustecker unter dem Begriff „Ladesteckverbinder“ sub- summiert. Ladesteckdosen und Ladekupplungen weisen als Ladekontakte Kontakthülsen auf und Ladestecker sowie in Elektro- und Hybridfahrzeuge einbaubare Ladeeinbaustecker weisen als Ladekontakte Kontaktstifte auf, die in die Kontakthülsen einsteckbar sind. P22230WO 2 9. November 2023 Kiekert AG Wie z.B. in der EP 3 043 421 A1 dargelegt, heizt sich aufgrund eines durch den Ladesteckverbinder fließenden Ladestroms dieser wegen ohmscher Stromwärmeverlusten auf. Das Aufheizen des Ladesteckverbinders ist jedoch auf eine Grenztemperaturerhöhung limitiert. So ist beispielsweise gemäß der Norm IEC 62196-3 die Grenztemperaturerhöhung auf 50 K limitiert. Dies wiederum führt bei größtenteils genormten Steckverbindergeometrien zu einem maximalen La- destrom, der in der Regel nicht größer als 200 A im Dau- erlastbestrieb sein kann. Bei einer intermittierenden Aufladung der Batterie eines Elektro- oder Hybridfahr- zeugs sind jedoch höhere Ladeströme über begrenzte Zeit- räume notwendig, um die Batterie in einer gewünschten kurzen Zeit aufzuladen. Dies kann zu einer temporären Er- hitzung der Ladesteckverbinder führen, die über der Grenztemperaturerhöhung liegt. Der Leitungsquerschnitt der Elektroanschlusskörper lässt sich nicht beliebig ver- größern, da die Steckverbindergeometrien genormt sind und darüber hinaus für die Elektroanschlusskörper eine mög- lichst geringe Menge an leitfähigem Material, üblicher- weise Kupfer, verwendet werden soll. Insofern soll gemäß der EP 3 043 421 A1 die Aufgabe ge- löst werden, einen Elektroanschlusskörper bereitzustel- len, der erhöhte Ladeströme bei einer begrenzten Aufhei- zung ermöglicht und daher eine erhöhte Kurzzeitstromtrag- fähigkeit aufweist. Diese Aufgabe soll dadurch gelöst sein, dass ein Elektroanschlusskörper für einen Ladeste- cker bzw. eine Ladebuchse bereitgestellt wird, wobei der P22230WO 3 9. November 2023 Kiekert AG Elektroanschlusskörper einen ersten Anschlussbereich zur galvanischen Verbindung mit einem elektrischen Energie- empfänger und einen zweiten Anschlussbereich zur galvani- schen Verbindung mit einer elektrischen Energiequelle aufweist, wobei der Elektroanschlusskörper so ausgestal- tet ist, dass dieser einen im Elektroanschlusskörper aus- gebildeten Kühlfluidkanal aufweist, wobei der Kühlfluid- kanal des Elektroanschlusskörpers mit einer Kühlfluid- quelle fluidverbunden ist, die in einer Ladestation ange- ordnet ist. Eine Kühlung eines Ladesteckverbinders für Elektro- und Hybridfahrzeuge, die von der Seite der Ladestation aus- geht, ist auch ansonsten aus dem Stand der Technik gut bekannt. So beschreibt die DE 102015 119 338 A1, dass an einem Kontakthülsenelement eines Ladesteckers zwei An- schlussstellen für Kühlmittelleitungen angeordnet sind. Mittels eines spiralförmigen Aufsteckelements wird Kühl- mittel zirkular um das Kontakthülsenelement geleitet. Die zwei Anschlussstellen dienen als Zu- und Ablauf für das Kühlmittel, das von der Ladestation zum Ladestecker ge- leitet wird. Die EP 3433 902 B1 beschreibt ebenfalls ein Steckverbinderteil mit gekühlten Kontaktelementen. Auch hier ist ladestationsseitig das Heranführen eines Kühl- mittels via Kühlmittelleitungen an die Kontaktelemente der an dem Ladekabel angeschlossenen Ladekupplung vorge- sehen. Als Kühlmittel ist ein Fluid vorgesehen, welches senkrecht zum Kontaktelement in das ausgehölte Kontakte- lement geleitet wird und innerhalb des Kontaktelements zurückströmt. P22230WO 4 9. November 2023 Kiekert AG Die 10 2016 105 361 B4 beschreibt schließlich ebenfalls ein Steckverbinderteil mit einem gekühlten Kontaktele- ment, wobei auch hier ladestationsseitig das Heranführen eines Kühlmittels via Kühlmittelleitungen an die Kontak- telemente einer am Ladekabel angeschlossenen Ladebuchse vorgesehen ist. An den Kontaktelementen sind dabei Lei- telemente angeordnet, die ein Umströmen der Kontaktele- mente durch das Kühlmittel in Form von Pressluft gewähren sollen. Ausgehend davon ist es die Aufgabe der vorliegenden Er- findung, einen verbesserten Wärmeabtrag bei einem Lade- steckverbinder zu erzielen, der selbst mit keinem Kühl- system von Seiten einer Ladestation ausgestattet ist. Diese Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfin- dung sind in den Unteransprüchen beschrieben. Erfindungsgemäß wird somit ein Ladesteckverbinder für Elektro- und Hybridfahrzeuge bereitgestellt, mit einem Gehäuse, in dem Gehäuse angeordneten Ladekontakten zum Kontaktieren korrespondierender Ladekontakte eines kor- respondierenden Ladesteckverbinders und einen mit einem Fluid gefüllten Fluidbehälter, der in wärmeleitendem Kon- takt zu wenigstens einem der Ladekontakte steht. Ein wesentlicher Aspekt der Erfindung liegt also darin, dass die beim Laden an einem Ladekontakt entstehende P22230WO 5 9. November 2023 Kiekert AG Energie durch das Fluid aufgenommen wird, so dass ein Überhitzen des Ladekontakts und des Ladesteckverbinders vermieden werden kann. Grundsätzlich sind verschiedene Fluide für die Erfindung einsetzbar. Vorzugsweise ist das Fluid jedoch eine Flüs- sigkeit, z.B. Wasser oder ein Gemisch aus Wasser und ei- ner anderen Substanz, ganz besonders bevorzugt ein Gly- kol-Wasser-Gemisch. Glykole finden häufig Verwendung in Kühl- und Frostschutzmitteln sowie Enteisern, da der Schmelzpunkt mit −10 bis −15 °C unter dem von Wasser liegt. In Verbindung mit Wasser, also bei einem hier an- gesprochenen Glykol-Wasser-Gemisch, liegt der Schmelz- punkt noch deutlich tiefer und kann je nach Mischungsver- hältnis bis −55 °C erreichen. Auf diese Weise bleibt das Fluid auch bei sehr tiefen Temperaturen flüssig, was eine breite Einsatzbarkeit der Erfindung auch in sehr kalten Klimazonen ermöglicht. Alternativ ist gemäß einer bevor- zugten Weiterbildung vorgesehen, dass das Fluid ein Öl ist, vorzugsweise ein Mineralöl, ein Pflanzenöl, ein Si- likonöl oder ein synthetisches Öl. Der Fluidbehälter kann auf unterschiedliche Weisen ther- misch an den Ladekontakt angekoppelt sein. Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist der Fluidbe- hälter jedoch mit wenigstens einem der Ladekontakte mit- tels einer Heatpipe verbunden. Eine Heatpipe ist ein Wär- meübertrager, der unter Nutzung der Verdampfungsenthalpie eines Mediums eine hohe Wärmestromdichte erlaubt. Auf P22230WO 6 9. November 2023 Kiekert AG diese Weise können große Wärmemengen auf kleiner Quer- schnittsfläche übertragen werden. Die Heatpipe kann auf unterschiedliche Weise mit dem La- dekontakt verbunden sein. Gemäß einer bevorzugten Weiter- bildung der Erfindung ist die Heatpipe jedoch quer zur Längsrichtung des Ladekontakts in diesen eingeführt. Fer- ner gilt gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfin- dung, dass der Ladekontakt stiftförmig ausgebildet ist und die Heatpipe innerhalb des Ladekontakts in dessen Längsrichtung verläuft. Dies erlaubt einen langen Kon- taktweg zwischen dem Ladekontakt und der Heatpipe, was den Wärmeübertrag zwischen Ladekontakt und Heatpipe wei- ter verbessert. Gemäß einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung ohne eine Heatpipe ist vorgesehen, dass der Fluidbehälter eine Wandung mit zwei Öffnungen aufweist, durch die wenigstens einer der Ladekontakte hindurchgeführt ist. Auf diese Weise kommt der Ladekontakt im Inneren des Fluidbehälters in Kontakt mit dem Fluid, was ebenfalls einen effektiven Wärmeübertrag von dem Ladekontakt auf das Fluid ermög- licht. Dabei ist es grundsätzlich möglich, dass der Ladekontakt in direkten Kontakt mit dem Fluid kommt. Gemäß einer be- vorzugten Weiterbildung der Erfindung ist jedoch vorgese- hen, dass der Ladekontakt zumindest in seinem Bereich in- nerhalb des Fluidbehälters eine galvanisch isolierende Beschichtung aufweist, z.B. aus einem elektrisch isolie- P22230WO 7 9. November 2023 Kiekert AG renden aber gut wärmeleitenden Kunststoff. Auf diese Wei- se ist der Ladekontakt gegenüber dem Fluid elektrisch isoliert, was unter Sicherheitsaspekten von Vorteil ist, ohne dass der Wärmeabtrag von dem Ladekontakt auf das Fluid maßgeblich darunter leidet. Zur sicheren Vermeidung von Leckagen am Fluidbehälter ist gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung der Fluidbehälter innerhalb des Gehäuses des Ladesteckverbin- ders angeordnet, wobei der Hohlraum zwischen der Innen- wand des Gehäuses und dem Fluidbehälter wenigstens teil- weise, vorzugsweise vollständig, mit einer Vergussmasse vergossen ist. Auf diese Weise wird eine Abdichtung des Fluidbehälters nicht nur durch Dichtungen an den Öffnun- gen des Fluidbehälters erzielt. Vielmehr ist eine Abdich- tung des Fluidbehälters insgesamt möglich, also entlang seiner gesamten Oberfläche, wenn diese vollständig in die Vergussmasse eingebettet wird. Als Vergussmasse hat sich Gießharz als besonders geeignet herausgestellt. Ein Gieß- harz ist ein Kunstharz, das flüssig zum Endprodukt verar- beitet wird und als dieses oder dessen Bestandteil er- starrt. Das noch flüssige Harz wird dazu in das Gehäuse gegossen, in dem die sonstigen Komponenten des Ladesteck- verbinders, wie die Ladekontakte und der Fluidbehälter, bereits angeordnet sind. Dabei entsteht schließlich ein Gießharzkörper mit Freiformflächen, der die anderen Kom- ponenten des Ladesteckverbinders in dessen Gehäuse sicher und abdichtend umschließt. P22230WO 8 9. November 2023 Kiekert AG Schließlich ist gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass das Volumen des Fluids zwi- schen 150 und 20 ml beträgt, vorzugsweise zwischen 60 und 20 ml, ganz besonders bevorzugt zwischen 40 und 20 ml. Im Rahmen der Erfindung hat sich nämlich herausgestellt, dass selbst derart geringe Mengen eines Fluids ausrei- chend sein können, um die bei einem Hochleistungsladevor- gang für ein Elektrofahrzeug entstehende Wärme effektiv von dem Ladekontakt abzuführen, z.B. wenn als Fluid ein Gemisch aus Wasser und Glykol verwendet wird. Außerdem wird die weiter oben genannten Aufgabe auch durch eine Verwendung eines zuvor beschriebenen Lade- steckverbinders an der Fahrzeugkarosserie eines Elektro- oder Hybridfahrezeugs gelöst. Ganz besonders bevorzugt ist der Ladesteckverbinder dabei ein Ladeeinbaustecker gemäß der Norm IEC 62196. Im Folgenden wird die Erfindung anhand lediglich Ausfüh- rungsbeispiele darstellender Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen Fig. 1 in einer perspektivischen Ansicht einen Lade- steckverbinder gemäß einem bevorzugten Aus- führungsbeispiel der Erfindung, Fig. 2 in einer perspektivischen Ansicht einen zu dem Ladesteckverbinder aus Fig. 1 korrespon- dierenden Ladesteckverbinder, P22230WO 9 9. November 2023 Kiekert AG Fig. 3 schematisch ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung zur Kühlung eines Ladekontakts eines Ladesteckverbinders mittels eines in einem Fluidbehälter vorgesehenen Fluids, Fig. 4 schematisch ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung zur Kühlung eines Ladekontakts eines Ladesteckverbinders mittels eines in einem Fluidbehälter vorgesehenen Fluids, Fig. 5 schematisch ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung zur Kühlung eines Ladekontakts eines Ladesteckverbinders mittels eines in einem Fluidbehälter vorgesehenen Fluids, Fig. 6 schematisch ein Elektro- oder Hybridfahrzeug mit einem Ladesteckverbinder gemäß einem be- vorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Aus Fig. 1 ist in einer perspektivischen Ansicht ein La- desteckverbinder 1 gemäß einem bevorzugten Ausführungs- beispiel der Erfindung ersichtlich. Dabei handelt es sich um einen Ladeeinbaustecker zum Einbau in die Fahrzeugka- rosserie 12 eines Elektro- oder Hybridfahrzeugs 2, wie schematisch in Fig. 6 dargestellt. Der vorliegende Lade- steckverbinder 1 ist im Wesentlichen und von seinem Steckgesicht her ein Ladeeinbaustecker gemäß der europäi- schen Norm IEC 62196 Typ 2. Neben Wechselstromladekontak- ten 13 für ein Wechselstromladen, einem Schutzkontakt 14 P22230WO 10 9. November 2023 Kiekert AG und Kommunikationskontakten 15 weist der Ladesteckverbin- der 1 zwei Gleichstromladekontakte 4 für ein Gleichstrom- laden auf. Der Ladesteckverbinder 1 ist vorliegend aus einem ersten Gehäuseteil 16 und einem zweiten Gehäuseteil 17 zusammen- gesetzt, die gemeinsam das Gehäuse 3 des Ladesteckverbin- ders 1 bilden. Das erste Gehäuseteil 16 ist mit dem zwei- ten Gehäuseteil 17 mittels Laserverschweißung verbunden. Das erste Gehäuseteil 16 entspricht dabei dem Gehäuse- teil, das im in der Fahrzeugkarosserie 12 eines Elektro- oder Hybridfahrzeugs 2 eingebauten Zustand nach außen zeigt und, wie in Fig. 6 angedeutet, dafür vorgesehen ist, einen korrespondierenden Ladesteckverbinder 18 zu empfangen, der als Ladekupplung ausgestaltet ist. Ein solcher korrespondierender Ladesteckverbinder 18 ist in einer perspektivischen Ansicht aus Fig. 2 ersichtlich. Dabei handelt es sich um eine Ladekupplung für das Gleichstromladen, die von ihrem Steckgesicht her der eu- ropäischen Norm IEC 62196 Typ 2 entspricht. Für das Gleichstromladen sind zwei korrespondierende Ladekontakte 19 vorgesehen, die beim Laden mit den Gleichstromladekon- takten 4 des Ladesteckverbinders 1 zusammenwirken. Dar- über hinaus verfügt der korrespondierende Ladesteckver- binder 19 über zwei Kommunikationskontakte 22 sowie einen Schutzkontakt 21. Konkret sind die Gleichstromladekontak- te 22 des Ladesteckverbinders 1 vorliegend als Kontakt- stifte ausgebildet und die korrespondierenden Gleich- stromladekontakte 19 des korrespondierenden Ladesteckver- P22230WO 11 9. November 2023 Kiekert AG binders 18 als Kontakthülsen, in die die Kontaktstifte einsteckbar sind. Wesentlich ist nun, dass der Ladesteckverbinder 1 mit ei- nen mit einem Fluid 5 gefüllten Fluidbehälter 6 ausge- stattet ist, der in wärmeleitendem Kontakt zu den beiden Gleichstromladekontakten 4 steht. Dazu sind verschiedene Ausgestaltungen möglich, wie z.B. schematisch in den Fig. 3, 4 und 5 dargestellt. Fig. 3 zeigt schematisch ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung zur Kühlung der Gleichstromladekontakte 4 eines Ladesteckverbinders 1 mittels eines in einem Fluid- behälter 6 vorgesehenen Fluids 5. Das Fluid 5 ist vorlie- gend ein Glykol-Wasser-Gemisch mit einem Volumen von 40 ml, das über eine nunmehr mit einem Verschluss 28 ver- schlossene Öffnung 27 in den Fluidbehälter 6 eingefüllt worden ist. Wie aus Fig. 3 ersichtlich, ist der Fluidbehälter 6 nicht direkt an den dort dargestellten Gleichstromladekontakt 4 angekoppelt. Vielmehr ist zwischen dem Gleichstromlade- kontakt 4 und dem Fluidbehälter 6 ein Heatpipe 7 angeord- net, die für eine effektive Wärmeübertragung von dem Gleichstromladekontakt 4 auf das in dem Fluidbehälter 6 vorgesehene Fluid 5 sorgt. Die Heatpipe ist über eine mittels einer Dichtung 26 ab- gedichteten Öffnung 20 des Fluidbehälters 6 in dessen In- neres hineingeführt, und zwar derart, dass die Heatpipe 7 P22230WO 12 9. November 2023 Kiekert AG innerhalb des Fluidbehälters 6 über die Füllhöhe des Flu- ids 5 in dem Fluidbehälter 6 hinausragt. Auf diese Weise wird ein langer Kontaktweg zwischen der Heatpipe 7 und dem Fluid 5 gewährleistet, was einen effektiven Wärme- übertrag von der Heatpipe 7 auf das Fluid 5 ermöglicht. Der Kontakt der Heatpipe 7 mit dem Gleichstromladekontakt 4 ist hier nur ganz schematisch dargestellt. Konkret ist es so, dass die Heatpipe 7 quer zur Längsrichtung des La- dekontakts 4 in diesen eingeführt sein kann. Alternativ oder zusätzlich ist es aber auch möglich, dass die Heat- pipe 7 innerhalb des Ladekontakts 4 in dessen Längsrich- tung verläuft. Letzteres ermöglich einen relativ langen Weg der Heatpipe 7 innerhalb des Ladekontakt 4, was die thermische Ankopplung der Heatpipe 7 an den Ladekontakt 4 weiter verbessert. Fig. 4 zeigt nun schematisch ein zweites Ausführungsbei- spiel der Erfindung zur Kühlung der Gleichstromladekon- takte 4 eines Ladesteckverbinders 1 mittels eines in ei- nem Fluidbehälter 6 vorgesehenen Fluids 5. Der wesentli- che Unterschied zu dem ersten bevorzugten Ausführungsbei- spiel der Erfindung liegt dabei darin, dass die Ankopp- lung des Fluids 5 an den Gleichstromladekontakt 4 nicht mit einer Heatpipe 7 erfolgt. Vielmehr ist der Fluidbe- hälter 6 mit einer Wandung 8 versehen, die zwei Öffnungen 9 aufweist, durch die ein jeweiliger Gleichstromladekon- takt 4 hindurchgeführt ist. Die Abdichtung der Öffnungen 9 erfolgt über jeweils eine Dichtung 26. P22230WO 13 9. November 2023 Kiekert AG Aus Sicherheitsgründen weist der Gleichstromladekontakt 4 in seinem Bereich innerhalb des Fluidbehälters 6 eine galvanisch isolierende Beschichtung 10 aufweist, um eine elektrische Isolierung gegenüber dem Fluid 5 zu erzielen. Für diese galvanisch isolierende Beschichtung ist ein elektrisch isolierender Kunststoff gewählt worden, der allerdings eine gute Wärmleitfähigkeit aufweist, so dass die Wärmankopplung der Heatpipe 7 an das Fluid 5 prak- tisch nicht beeinträchtigt ist. Fig. 5 zeigt als drittes bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung nun eine derartige Weiterbildung des zwei- ten Ausführungsbeispiels der Erfindung, bei dem der Flu- idbehälter 6 innerhalb des Gehäuses 3 des Ladesteckver- binders ausgebildet ist und der Hohlraum zwischen der In- nenwand des Gehäuses 3 und dem Fluidbehälter 6 derart mit einer Vergussmasse 11 vergossen ist, das mögliche Lecka- gen im Bereich der Öffnungen 9 des Fluidbehälters 6 ver- mieden werden. Als Vergussmasse wird vorliegend ein Gieß- harz verwendet, also ein Kunstharz, das flüssig zum End- produkt verarbeitet wird und als dieses oder dessen Be- standteil erstarrt. Das noch flüssige Harz ist dazu in das Gehäuse gegossen worden, in dem die sonstigen Kompo- nenten des Ladesteckverbinders 1, wie die Ladekontakte 4 und der Fluidbehälter 6, bereits angeordnet waren. Dadurch ist ein Gießharzkörper mit Freiformflächen er- zielt worden, der die anderen Komponenten des Ladesteck- verbinders 1 in dessen Gehäuse 3 sicher und abdichtend umschließt. P22230WO 14 9. November 2023 Kiekert AG Weiter oben ist schon angesprochen worden, dass der Lade- steckverbinder 1 vorliegend in Form eines Einbausteckers an der Fahrzeugkarosserie 12 eines Elektro- oder Hybrid- fahrzeugs 2 Verwendung findet. In diesem Zusammenhang darf auf Fig. 6 verwiesen werden, die schematisch ein System gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt, das einen in eine Fahrzeugkarosserie 12 eines Elektro- oder Hybridfahrzeugs 2 eingebauten Lade- steckverbinder 1, einen zu diesem korrespondieren Lade- steckerbinder 18 in Form einer Ladekupplung, eine La- destation 25 und ein mit der Ladestation 20 verbundenes und die Ladekupplung 23 tragendes Ladekabel 24 umfasst.
P22230WO 15 9. November 2023 Kiekert AG Bezugszeichenliste 1 Ladesteckverbinder 2 Elektro- und Hybridfahrzeuge 3 Gehäuse 4 Ladekontakte/Gleichstromladekontakte 5 Fluid 6 Fluidbehälter 7 Heatpipe 8 Wandung 9 Öffnungen 10 Beschichtung 11 Vergussmasse 12 Fahrzeugkarosserie 13 Wechselstromladekontakte 14 Schutzkontakt 15 Kommunikationskontakte 16 erstes Gehäuseteil 17 zweites Gehäuseteil 18 korrespondierender Ladesteckverbinder 19 korrespondierende Ladekontakte 20 Öffnung 21 korrespondierender Schutzkontakt 22 korrespondierende Kommunikationskontakte 23 Ladekupplung 24 Ladekabel 25 Ladestation 26 Dichtung 27 Öffnung 28 Verschluss P22230WO 16 9. November 2023 Kiekert AG 29 Wandung

Claims

P22230WO 17 9. November 2023 Kiekert AG Patentansprüche 1. Ladesteckverbinder (1) für Elektro- und Hybridfahr- zeuge (2), mit einem Gehäuse (3), in dem Gehäuse (3) angeordneten Ladekontakten (4) zum Kontaktieren korrespondierender Ladekontakte () eines korrespondierenden Ladesteckverbinders () und einen mit einem Fluid (5) gefüllten Fluidbehälter (6), der in wärmeleitendem Kontakt zu wenigstens einem der Ladekontakte (4) steht. 2. Ladesteckverbinder nach Anspruch 1, wobei das Fluid (5) eine Flüssigkeit ist. 3. Ladesteckverbinder nach Anspruch 2, wobei die Flüs- sigkeit Wasser oder ein Gemisch aus Wasser und einer an- deren Substanz oder ein Öl ist. 4. Ladesteckverbinder nach einem der vorhergehenden An- sprüche, wobei der Fluidbehälter (6) mit wenigstens einem der Ladekontakte (4) mittels einer Heatpipe (7) verbunden ist. 5. Ladesteckverbinder nach Anspruch 4, wobei die Heat- pipe (7) quer zur Längsrichtung des Ladekontakts (4) in diesen eingeführt ist. 6. Ladesteckverbinder nach Anspruch 4 oder 5, wobei der Ladekontakt (4) stiftförmig ausgebildet ist und die Heat- P22230WO 18 9. November 2023 Kiekert AG pipe (7) innerhalb des Ladekontakts (4) in dessen Längs- richtung verläuft. 7. Ladesteckverbinder nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Fluidbehälter (6) eine Wandung (8) mit zwei Öffnungen (9) aufweist, durch die wenigstens einer der Ladekontakte (4) hindurchgeführt ist. 8. Ladesteckverbinder nach Anspruch 7, wobei der Lade- kontakt zumindest in seinem Bereich innerhalb des Fluid- behälters (6) eine galvanisch isolierende Beschichtung (10) aufweist. 9. Ladesteckverbinder nach einem der vorhergehenden An- sprüche, wobei der Fluidbehälter (6) innerhalb des Gehäu- ses ausgebildet ist und der Hohlraum zwischen der Innen- wand des Gehäuses (3) und dem Fluidbehälter (6) wenigs- tens teilweise mit einer Vergussmasse (11) vergossen ist. 10. Ladesteckverbinder nach einem der vorhergehenden An- sprüche, wobei das Volumen des Fluids zwischen 150 und 20 ml beträgt. 11. Verwendung eines Ladesteckverbinders nach einem der vorhergehenden Ansprüche an der Fahrzeugkarosserie eines Elektro- oder Hybridfahrzeugs.
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