WO2017194361A1 - Baugruppe zum übertragen eines elektrischen stroms, insbesondere für ein ladesystem zum aufladen eines elektrisch angetriebenen fahrzeugs - Google Patents

Baugruppe zum übertragen eines elektrischen stroms, insbesondere für ein ladesystem zum aufladen eines elektrisch angetriebenen fahrzeugs Download PDF

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    • Y04S30/14—Details associated with the interoperability, e.g. vehicle recognition, authentication, identification or billing

Definitions

  • An assembly for transmitting an electrical current in particular for a charging system for charging an electrically driven vehicle
  • the invention relates to an assembly for transmitting an electric current, in particular for a charging system for charging an electrically driven vehicle, according to the preamble of claim 1.
  • Such an assembly comprises a cable having a cable tube, at least one electrical line extending in the cable tube and a coolant line extending in the cable tube, and a connector part connected to the cable for connecting to a mating connector part.
  • Coolant is supplied via the coolant line, which serves for cooling / temperature control of the charging line.
  • the coolant may be, for example, liquid (e.g., water) or gaseous (e.g., air) and absorbs heat at the cable and connector portion and dissipates this heat for cooling.
  • the connector part can be used, in particular, as a charging plug or as a charging socket for charging an electrically driven vehicle (also referred to as an electric vehicle).
  • the cable for example, on the one hand connected to a charging station and on the other hand carries the connector part in the form of a charging plug, which can be plugged into an associated mating connector part in the form of a charging socket on a vehicle, in this way an electrical connection between the charging station and the Produce vehicle.
  • Charging currents can be transmitted in principle as direct currents or as alternating currents, in particular charging currents in the form of direct current a large current, for example greater than 200 A or even greater than 300 A or even 350 A, and to a heating of the cable as well as one with the Cable connected connector part can lead.
  • a charging cable known from DE 10 2010 007 975 B4 has a coolant line which comprises a supply line and a return line for a coolant and thus allows a coolant flow to and fro in the charging cable.
  • the coolant line of DE 10 2010 007 975 B4 serves on the one hand for discharging at one Energy storage of a vehicle resulting heat loss, but also for cooling the cable itself.
  • a solution to counteract such heating on the cable could be to further increase the cross-section of the load line in the cable.
  • this has the disadvantage that the cable as a whole is heavier and less flexible, so that the handling of the cable may be impaired for a user.
  • coolant lines are routed within a charging cable, via which heat can also be removed from the region of a connector part connected to the charging cable.
  • the object of the present invention is to provide an assembly having a connector part and a cable connected to the connector part, which can provide effective cooling both on the cable and on the connector part.
  • the connector part has a distributor element, on which the at least one electrical line and the coolant line are arranged and which has a nozzle element, which is in flow communication with the coolant line and is adapted to coolant into the cable tube for flowing around the at least in the cable tube to initiate an electrical line.
  • the present invention is based on the idea to use the cable tube itself as a conduit for the coolant, to allow a flow of electrical leads in the cable conduit with coolant and thus to absorb heat directly to the electrical lines.
  • the guided in the cable tube coolant line serves as a supply for the coolant and is in flow communication with the nozzle member.
  • the coolant is introduced into the cable tube and returned in the cable tube while flowing around the guided into the cable conduit electrical lines, so that a coolant circuit is formed.
  • the coolant is thus not returned via a separate coolant line. Rather, the coolant is introduced via the nozzle element into the cable tube and thus guided within the cable tube while flowing around the guided in the cable conduit electrical lines.
  • the coolant can be designed in principle liquid or gaseous. In an advantageous embodiment, however, the coolant is liquid. For example, water or another coolant fluid may be used for cooling.
  • the cable tube is, in one embodiment, connected to a first side of the distributor element.
  • the at least one electrical line and / or the coolant line or a line element connected to the coolant line are guided in this case by the distributor element from the first side to a second side facing away from the first side.
  • One or more electrical lines extending in the cable conduit thus extend through the distributor element from the first side of the distributor element, to which the cable tube is connected, to the second, which faces away from the cable tube.
  • the coolant line or a line element connected to the coolant line for example a pipe element led through the distributor element, to which the coolant line is connected, extends through the distributor element.
  • the coolant line or the line element connected to the coolant line are preferably flow-connected to the nozzle element on the second side.
  • the coolant is thus introduced into the nozzle element on the second side and injected into the cable tube via the nozzle element on the first side.
  • the distributor element In order to pass the at least one electrical line and / or the coolant line or the conduit connected to the coolant line through the distributor element, the distributor element preferably has one or more openings through which the at least one electrical line and / or the coolant line or with extending conduit connected to the coolant line.
  • a sealing element for example in the form of a cylindrical sealing sleeve is provided at the at least one opening, which rests in the at least one opening. The at least one electrical line and / or the coolant line or the line element connected to the coolant line is sealed off from the distributor element via the sealing element, so that moisture can not pass from the first side to the second side.
  • the coolant is introduced into the cable tube via the nozzle element on the first side and is not intended to pass from the first side of the distributor element to the second side.
  • the openings in the distributor element are therefore impermeable to moisture-tight sealing so that the coolant, for example, can not penetrate into a housing interior of the connector part.
  • Fastening means may be provided on the distributor element for mechanically fixing (in particular to tension) the at least one electrical line and / or the coolant line or the line element connected to the coolant line to the distributor element.
  • These fastening devices are preferably designed as strain reliefs and prevent the electrical lines and / or the coolant line or the conduit element connected to the coolant line from being pulled out of the openings on the distributor element when a load is applied to the train (for example when pulling on the cable) ),
  • the distributor element is connected to a connecting element which has a connecting piece to which the cable tube is connected.
  • the connection piece has, for example, an opening, through which the at least one electrical line guided in the cable tube and the coolant line are routed to the distributor element.
  • the cable hose is attached, for example, to the connection piece.
  • the electrical lines and the coolant line routed in the cable conduit are led through the connecting piece and extend toward the distributor element.
  • the connecting element preferably defines a flow space with which the cable tube is in flow connection.
  • the nozzle element is in this case designed to introduce the coolant into the flow space.
  • the connecting element is at the arranged on the first side of the distributor element, and likewise the flow space extends on the first side of the distributor element.
  • the nozzle element may, for example, project with a head from the distributor element into the flow space in order to introduce the coolant into the flow space via the head.
  • an opening preferably a plurality of openings, for introducing the coolant into the flow space is formed at the head of the nozzle element. If a plurality of openings are provided, they may be directed in such a way that the coolant can specifically flow around the electrical lines to be cooled, and a coolant flow introduced into the cable tube is thus directed specifically toward the electrical lines.
  • the connecting element is preferably sealed by a sealing element with respect to the distributor element.
  • the flow space is sealed in this way moisture-tight to the outside, so that coolant can not get out of the flow space within the connecting element. From the flow space, the coolant flows into the cable tube and flows along the cable tube to receive heat in the cable tube on the electrical lines.
  • the connector part may in particular be designed as a charging connector for connecting to a charging socket, for example on the side of a vehicle. Via the cable, the connector part can be connected to a charging station, for example, so that electrical charging currents can be transmitted via the cable.
  • FIG. 1 is a view of a charging system for charging an electric vehicle.
  • Figure 2 is a view of a connector part in the form of a charging plug.
  • Fig. 3 is another view of the connector part, with the housing open;
  • Fig. 4 is a plan view of an assembly for connecting a cable with the
  • FIG. 5 is a front view of the assembly of FIG. 4;
  • FIG. and 6 is an exploded view of the assembly according to FIGS. 4 and 5.
  • Fig. 1 shows a charging station 1, which serves for charging an electrically driven vehicle 4, also referred to as an electric vehicle.
  • the charging station 1 is designed to provide a charging current in the form of an alternating current or a direct current and has a cable 2, which has one end 201 with the charging station 1 and another end 200 with a connector part 3 in the form of a charging plug connected is.
  • the connector part 3 has plug-in sections 300, 301 on a housing 30, with which the connector part 3 is inserted into engagement with an associated mating connector part 40 in the form of a charging socket on the vehicle 4 can.
  • the charging station 1 can be electrically connected to the vehicle 4 in order to transmit charging currents from the charging station 1 to the vehicle 4.
  • the transmitted charging currents have a high current intensity, e.g. greater than 200 A, possibly even on the order of 350 A or above. Due to such high charging currents, it comes to the cable 2 and also on the connector part 3 and the charging socket 40 to thermal losses that can lead to heating of the cable 2, the connector part 3 and the charging socket 40.
  • the connector part 3 has, at its plug portions 300, 301, a plurality of contact elements 302, 303 for electrical contacting with associated mating contact elements 400 on the side of the mating connector part 40 (shown schematically in Fig. 1).
  • two contact elements 303 for transmitting a charging current in the form of a direct current can be arranged on the plug-in section 301, while contact elements 302 for providing an earthed PE contact and signal contacts for transmitting control signals can be arranged on the plug section 300.
  • the cable 2 is connected, in which electrical lines 21 are guided, which are electrically connected within the housing 30 with the contact elements 302, 303.
  • the cable 2 has a cable tube 20 with a Hose interior 202, within which the electrical lines 21 extend (see Fig. 3).
  • the cable 2 is attached to the housing 30 via an assembly to which the cable conduit 20 is connected and to which the electrical conductors 21 are secured in a strain-relieved manner. This is done via a connecting element 31 and a fixedly connected to the connecting element 31 distribution element 32, which define the cable 2 to the housing 30 of the connector part 3.
  • a connecting element 31 and a fixedly connected to the connecting element 31 distribution element 32 which define the cable 2 to the housing 30 of the connector part 3.
  • the connecting element 31 has a connecting piece 310, with which the cable tube 20 is fixedly connected and which forms an opening 31 1, through which the electrical lines 21 and a guided in the cable conduit 20 coolant line 22 are passed.
  • the connecting element 31 is fixedly connected to the distributor element 32 via a flange section 312 (screwed in the illustrated embodiment in a sealed manner), a sealing element 323 being arranged between the distributor element 32 and the flange section 312 of the connecting element 31, via which the transition between the connecting element 31 and the distribution element 32 is sealed moisture-tight.
  • the distributor element 32 is designed as a plate element and has openings 321 through which the electrical lines 21 and a tube element 327 connected in flow with the coolant line 22 are guided.
  • sealing elements 322 in the form of cylindrical sealing sleeves (also referred to as Einzeladerdichtungen or plate seals), which seal the transition between the electrical lines 21 and the tube member 327 on the one hand and the distributor element 32 on the other moisture-tight, so that the distribution element 32 provides a moisture barrier and in particular a first side of the distributor element 32, on which the connecting element 31 is arranged, is separated in a moisture-tight manner from an opposite, second side.
  • the electrical lines 21 and the coolant line 22 are introduced into the interior of the housing 30 of the connector part 3 (see FIG. 3). Inside the housing 30 of the connector part 3, the lines 21 are connected to the contact elements 302, 303 at the plug-in portions 300, 301 of the connector part 3.
  • fastening devices 328 in the form of cable glands with sealing function and strain relief are provided on the second side of the distributor element 32 facing away from the connecting element 31, through which the electrical lines 21 and the tubular element 327 extend and the electrical lines 21 and the tubular element 327 fixed mechanically and to train fixed to the distribution element 32.
  • the coolant is introduced from the coolant pipe 22 into the interior of the housing 30 (in a guided manner), the pipe member 327, as illustrated in FIG. 4, via a pipe section 325 in flow communication with a connection element 326 on the distributor element 32 stands.
  • the coolant from the coolant line 22, for example, toward the load contacts performing contact elements 303 are passed to the plug portion 301, for example, to absorb heat to the contact elements 303 and derive from the contact elements 303.
  • the coolant can be passed directly from the pipe member 327 in the connecting element 326 back into the cable tube 20 via the realized as a line piece line section 325 via the line section 325, a closed line is provided, via which the coolant from the tube member 327 in a guided manner the connection element 326 is passed.
  • connection element 326 is located in an opening 324 on the distributor element 32 and is in fluid communication with a nozzle element 33 which projects with a head 330 into a flow space 313 formed within the connection element 31.
  • the nozzle element 33 has at its head 330 a plurality of openings 331 (see FIG. 6), via which the coolant can be introduced into the flow space 313.
  • the openings 331 are arranged and directed on the head 330 in such a way that the coolant flows in a targeted manner in the direction of the electrical lines 21 to be cooled, and thus can absorb heat at the electrical lines 21.
  • the flow space 313 within the connecting element 31 is connected via the opening 31 1 to the connecting piece 310 in flow communication with the tube interior 202 of the cable tube 20, so that the coolant from the flow space 313 in the Cable tube 20 can flow.
  • the coolant flows around the electrical lines 21 to be cooled and absorbs heat at the electrical lines 21, whereby an effective cooling can be provided on the electrical lines 21.
  • the guided in the cable tube 20 coolant line 22 serves as a supply line, is supplied via the coolant from the side of the charging station 1 to the connector part 3.
  • the coolant flows through the coolant line 22 in the flow direction F1 toward the connector part 3 and through the distributor element 32 and is diverted via the line section 325 connected to the tube element 327 and the connection element 326 and fed to the nozzle element 33.
  • the coolant is injected in the opposite flow direction F2 into the flow space 313 within the connecting element 31 and flows back within the cable tube 20, so that the cable tube serves as a return line for the coolant back to the charging station 1.
  • the coolant can be removed from the cable tube 20 and, for example, fed back to the coolant line 22, so that a closed coolant circuit is provided, via which an effective cooling of both the guided in the cable 2 electrical lines 21 and the connector part 3,
  • the contact elements 302, 303 of the connector part 3 can be provided.
  • the coolant is preferably liquid.
  • the coolant flows inside the connector part 3 exclusively in a guided manner (via the tube element 327 and the tube section 325 connected to the tube element).
  • the coolant flows freely within the flow space 313 of the connecting element 31 and the cable tube 20.
  • the distributor element 32 constitutes a moisture barrier which prevents liquid from the flow space 313 from entering the housing interior of the housing 30 the connector part 3 can get.
  • a connector part of the type described here can be used to transmit a charging current in the form of a direct current or in the form of an alternating current.
  • a charging current in the form of a direct current or in the form of an alternating current.
  • the cable tube of the cable can be performed for this purpose one or more electrical lines.
  • the coolant line is in fluid communication with the nozzle element on the side facing away from the connecting element.
  • This flow connection can be configured in very different ways. For example, a simple hose bridge may be provided for returning the coolant. Or the coolant line may be in flow communication with a channel which directs the coolant into the region of the contact elements and from there back to the nozzle element.

Abstract

Eine Baugruppe zum Übertragen eines elektrischen Stroms, insbesondere für ein Ladesystem zum Aufladen eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs, umfasst ein Kabel (2), das einen Kabelschlauch (20), zumindest eine in dem Kabelschlauch (20) erstreckte elektrische Leitung (21) und eine in dem Kabelschlauch (20) erstreckte Kühlmittelleitung (22) aufweist, und ein mit dem Kabel (2) verbundenes Steckverbinderteil (3) zum Verbinden mit einem Gegensteckverbinderteil. Dabei ist vorgesehen, dass das Steckverbinderteil (3) ein Verteilerelement (32) aufweist, an dem die zumindest eine elektrische Leitung (21) und die Kühlmittelleitung (22) angeordnet sind und das ein Düsenelement aufweist, das mit der Kühlmitteleitung (22) in Strömungsverbindung steht und dazu ausgebildet ist, Kühlmittel in den Kabelschlauch (20) zum Umströmen der in dem Kabelschlauch (20) erstreckten zumindest einen elektrischen Leitung (21) einzuleiten.

Description

Baugruppe zum Übertragen eines elektrischen Stroms, insbesondere für ein Ladesystem zum Aufladen eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs
Die Erfindung betrifft eine Baugruppe zum Übertragen eines elektrischen Stroms, insbesondere für ein Ladesystem zum Aufladen eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Eine solche Baugruppe umfasst ein Kabel, das einen Kabelschlauch, zumindest eine in dem Kabelschlauch erstreckte elektrische Leitung und eine in dem Kabelschlauch erstreckte Kühlmittelleitung aufweist, und ein mit dem Kabel verbundenes Steckverbinderteil zum Verbinden mit einem Gegensteckverbinderteil.
Eine solche Baugruppe kann insbesondere eine Ladeleitung eines Ladesystems verwirklichen. Über die Kühlmittelleitung wird Kühlmittel zugeführt, das zu einer Kühlung/Temperierung der Ladeleitung dient. Das Kühlmittel kann beispielweise flüssig (z.B. Wasser) oder gasförmig (z.B. Luft) sein und nimmt Wärme an dem Kabel und dem Steckverbinderteil auf und führt diese Wärme zur Kühlung ab.
Das Steckverbinderteil kann insbesondere als Ladestecker oder als Ladebuchse zum Aufladen eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs (auch bezeichnet als Elektrofahrzeug) Verwendung finden. In diesem Fall ist das Kabel beispielsweise einerseits an eine Ladestation angeschlossen und trägt andererseits das Steckverbinderteil in Form eines Ladesteckers, der in ein zugeordnetes Gegensteckverbinderteil in Form einer Ladebuchse an einem Fahrzeug eingesteckt werden kann, um auf diese Weise eine elektrische Verbindung zwischen der Ladestation und dem Fahrzeug herzustellen.
Ladeströme können grundsätzlich als Gleichströme oder als Wechselströme übertragen werden, wobei insbesondere Ladeströme in Form von Gleichstrom eine große Stromstärke, beispielsweise größer als 200 A oder sogar größer als 300 A oder gar 350 A, aufweisen und zu einer Erwärmung des Kabels genauso wie eines mit dem Kabel verbundenen Steckverbinderteils führen können.
Ein aus der DE 10 2010 007 975 B4 bekanntes Ladekabel weist eine Kühlmittelleitung auf, die eine Zuleitung und eine Rückleitung für ein Kühlmittel umfasst und somit einen Kühlmittelfluss hin und zurück in dem Ladekabel ermöglicht. Die Kühlmittelleitung der DE 10 2010 007 975 B4 dient hierbei zum einen zum Abführen von an einem Energiespeicher eines Fahrzeugs entstehender Verlustwärme, zudem aber auch zum Kühlen des Kabels an sich.
Bestehende Lösungen von Ladekabeln mit einer integrierten Kühlleitung haben ggf. den Nachteil, dass ein Abführen von Wärme an einer Lastleitung - insbesondere bei großen Ladeströmen - nur bedingt möglich ist. Im Ergebnis kann es trotz einer Kühlleitung zu einer (nennenswerten) Erwärmung an dem Kabel kommen.
Eine Lösung, um einer solchen Erwärmung an dem Kabel entgegenzuwirken, könnte darin liegen, den Querschnitt der Lastleitung in dem Kabel weiter zu vergrößern. Dies hat jedoch den Nachteil, dass das Kabel insgesamt schwerer und weniger flexibel wird, so dass die Handhabbarkeit des Kabels für einen Nutzer beeinträchtigt sein kann.
Bei einem aus der WO 2015/1 19791 A1 bekannten Ladesystem zum Aufladen eines Elektrofahrzeugs sind innerhalb eines Ladekabels Kühlmittelleitungen geführt, über die Wärme auch aus dem Bereich eines an das Ladekabel angeschlossenen Steckverbinderteils abgeführt werden kann.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Baugruppe mit einem Steckverbinderteil und einem mit dem Steckverbinderteil verbundenen Kabel zur Verfügung zu stellen, die eine effektive Kühlung sowohl an dem Kabel als auch an dem Steckverbinderteil zur Verfügung stellen kann.
Diese Aufgabe wird durch einen Gegenstand mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Demnach weist das Steckverbinderteil ein Verteilerelement auf, an dem die zumindest eine elektrische Leitung und die Kühlmittelleitung angeordnet sind und das ein Düsenelement aufweist, das mit der Kühlmittelleitung in Strömungsverbindung steht und dazu ausgebildet ist, Kühlmittel in den Kabelschlauch zum Umströmen der in dem Kabelschlauch erstreckten zumindest einen elektrischen Leitung einzuleiten.
Die vorliegende Erfindung geht von dem Gedanken aus, den Kabelschlauch selbst als Leitung für das Kühlmittel zu verwenden, um ein Umströmen von in dem Kabelschlauch geführten elektrischen Leitungen mit Kühlmittel zu ermöglichen und auf diese Weise Wärme unmittelbar an den elektrischen Leitungen aufzunehmen. Die in dem Kabelschlauch geführte Kühlmittelleitung dient als Zuführung für das Kühlmittel und steht mit dem Düsenelement in Strömungsverbindung. Über das an dem Verteilerelement angeordnete Düsenelement wird das Kühlmittel in den Kabelschlauch eingeleitet und in dem Kabelschlauch unter Umströmen der in den Kabelschlauch geführten elektrischen Leitungen zurückgeführt, sodass ein Kühlmittelkreislauf entsteht. Das Kühlmittel wird somit nicht über eine gesonderte Kühlmittelleitung zurückgeführt. Vielmehr wird das Kühlmittel über das Düsenelement in den Kabelschlauch eingeleitet und somit innerhalb des Kabelschlauchs unter Umströmen der in dem Kabelschlauch geführten elektrischen Leitungen geführt. Das Kühlmittel kann grundsätzlich flüssig oder gasförmig ausgestaltet sein. In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das Kühlmittel jedoch flüssig. Beispielsweise kann Wasser oder eine andere Kühlmittelflüssigkeit zum Kühlen verwendet werden.
Der Kabelschlauch ist, in einer Ausgestaltung, an einer ersten Seite des Verteilerelements angeschlossen. Die zumindest eine elektrische Leitung und/oder die Kühlmittelleitung oder ein mit der Kühlmittelleitung verbundenes Leitungselement sind in diesem Fall durch das Verteilerelement von der ersten Seite hin zu einer von der ersten Seite abgewandten, zweiten Seite geführt. Eine oder mehrere in dem Kabelschlauch erstreckte elektrische Leitungen erstrecken sich somit durch das Verteilerelement hindurch von der ersten Seite des Verteilerelements, an der der Kabelschlauch angeschlossen ist, hin zu der zweiten weiter, die von dem Kabelschlauch abgewandt ist. Ebenso erstreckt sich die Kühlmittelleitung oder ein mit der Kühlmittelleitung verbundenes Leitungselement, beispielsweise ein durch das Verteilerelement hindurchgeführtes Rohrelement, an das die Kühlmittelleitung angeschlossen ist, durch das Verteilerelement hindurch.
Die Kühlmittelleitung oder das mit der Kühlmittelleitung verbundene Leitungselement sind vorzugsweise an der zweiten Seite mit dem Düsenelement strömungsverbunden. Das Kühlmittel wird somit an der zweiten Seite in das Düsenelement eingeleitet und über das Düsenelement an der ersten Seite in den Kabelschlauch eingespritzt.
Um die zumindest eine elektrische Leitung und/oder die Kühlmittelleitung oder das mit der Kühlmittelleitung verbundene Leitungselement durch das Verteilerelement hindurchzuführen, weist das Verteilerelement vorzugsweise eine oder mehrere Öffnungen auf, durch die hindurch sich die zumindest eine elektrische Leitung und/oder die Kühlmittelleitung oder das mit der Kühlmittelleitung verbundene Leitungselement erstrecken. Um hierbei einen feuchtigkeitsdichten Übergang zur Verfügung zu stellen und insbesondere die erste Seite feuchtigkeitsdicht von der zweiten Seite zu trennen, ist an der zumindest einen Öffnung ein Dichtelement zum Beispiel in Form einer zylindrischen Dichthülse vorgesehen, das in der zumindest einen Öffnung einliegt. Über das Dichtelement ist die zumindest eine elektrische Leitung und/oder die Kühlmittelleitung oder das mit der Kühlmittelleitung verbundene Leitungselement gegenüber dem Verteilerelement abgedichtet, sodass Feuchtigkeit nicht von der ersten Seite hin zur zweiten Seite gelangen kann.
Dies ist insbesondere erforderlich, wenn flüssiges Kühlmittel verwendet wird. Das Kühlmittel wird über das Düsenelement an der ersten Seite in den Kabelschlauch eingeleitet und soll nicht von der ersten Seite des Verteilerelements zur zweiten Seite gelangen. Die Öffnungen in dem Verteilerelement sind daher feuchtigkeitsdicht abzudichten, sodass das Kühlmittel beispielsweise nicht in einen Gehäuseinnenraum des Steckverbinderteils eindringen kann.
An dem Verteilerelement können Befestigungseinrichtungen zum mechanischen Festlegen (insbesondere auf Zug) der zumindest einen elektrischen Leitung und/oder der Kühlmittelleitung oder des mit der Kühlmittelleitung verbundenen Leitungselements an dem Verteilerelement vorgesehen sein. Diese Befestigungseinrichtungen sind vorzugsweise als Zugentlastungen ausgestaltet und verhindern, dass die elektrischen Leitungen und/oder die Kühlmittelleitung oder das mit der Kühlmittelleitung verbundene Leitungselement aus den Öffnungen an dem Verteilerelement herausgezogen werden können, wenn eine Belastung auf Zug besteht (beispielsweise wenn an dem Kabel gezogen wird).
In einer Ausführungsform ist das Verteilerelement mit einem Verbindungselement verbunden, das einen Anschlussstutzen aufweist, an den der Kabelschlauch angeschlossen ist. Der Anschlussstutzen weist beispielsweise eine Öffnung auf, durch die hindurch die in dem Kabelschlauch geführte zumindest eine elektrische Leitung und die Kühlmittelleitung hin zu dem Verteilerelement verlegt sind. Der Kabelschlauch ist beispielsweise auf den Anschlussstutzen aufgesteckt. Die in dem Kabelschlauch geführten elektrischen Leitungen und die Kühlmittelleitung werden demgegenüber durch den Anschlussstutzen hindurchgeführt und erstrecken sich hin zu dem Verteilerelement. Das Verbindungselement begrenzt vorzugsweise einen Strömungsraum, mit dem der Kabelschlauch in Strömungsverbindung steht. Das Düsenelement ist hierbei ausgebildet, das Kühlmittel in den Strömungsraum einzuleiten. Das Verbindungselement ist an der ersten Seite des Verteilerelements angeordnet, und ebenso erstreckt sich der Strömungsraum an der ersten Seite des Verteilerelements. Das Düsenelement kann beispielsweise mit einem Kopf von dem Verteilerelement in den Strömungsraum vorstehen, um über den Kopf das Kühlmittel in den Strömungsraum einzuleiten.
An dem Kopf des Düsenelements ist beispielsweise eine Öffnung, vorzugsweise mehrere Öffnungen, zum Einleiten des Kühlmittels in den Strömungsraum ausgebildet. Sind mehrere Öffnungen vorgesehen, so können diese derart gerichtet sein, dass das Kühlmittel gezielt die zu kühlenden elektrischen Leitungen umströmen kann und ein in den Kabelschlauch eingeleiteter Kühlmittelstrom somit gezielt hin zu den elektrischen Leitungen gerichtet ist.
Das Verbindungselement ist vorzugsweise durch ein Dichtelement gegenüber dem Verteilerelement abgedichtet. Der Strömungsraum ist auf diese Weise feuchtigkeitsdicht nach außen hin abgeschlossen, sodass Kühlmittel nicht aus dem Strömungsraum innerhalb des Verbindungselements herausgelangen kann. Von dem Strömungsraum strömt das Kühlmittel in den Kabelschlauch ein und strömt entlang des Kabelschlauchs, um in dem Kabelschlauch Wärme an den elektrischen Leitungen aufzunehmen. Das Steckverbinderteil kann insbesondere als Ladestecker zum Verbinden mit einer Ladebuchse zum Beispiel auf Seiten eines Fahrzeugs ausgebildet sein. Über das Kabel kann das Steckverbinderteil beispielsweise mit einer Ladestation verbunden sein, sodass über das Kabel elektrische Ladeströme übertragen werden können. Der der Erfindung zugrunde liegende Gedanke soll nachfolgend anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert werden. Es zeigen:
Fig. 1 eine Ansicht eines Ladesystems zum Aufladen eines Elektrofahrzeugs; Fig. 2 eine Ansicht eines Steckverbinderteils in Form eines Ladesteckers;
Fig. 3 eine andere Ansicht des Steckverbinderteils, bei geöffnetem Gehäuse;
Fig. 4 eine Draufsicht auf eine Baugruppe zum Verbinden eines Kabels mit dem
Steckverbinderteil;
Fig. 5 eine Vorderansicht der Baugruppe gemäß Fig. 4; und Fig. 6 eine Explosionsansicht der Baugruppe gemäß Fig. 4 und 5.
Fig. 1 zeigt eine Ladestation 1 , die zum Aufladen eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs 4, auch bezeichnet als Elektrofahrzeug, dient. Die Ladestation 1 ist dazu ausgestaltet, einen Ladestrom in Form eines Wechselstroms oder eines Gleichstroms zur Verfügung zu stellen und weist ein Kabel 2 auf, das mit einem Ende 201 mit der Ladestation 1 und mit einem anderen Ende 200 mit einem Steckverbinderteil 3 in Form eines Ladesteckers verbunden ist.
Wie aus den vergrößerten Ansichten gemäß Fig. 2 und 3 ersichtlich, weist das Steckverbinderteil 3 an einem Gehäuse 30 Steckabschnitte 300, 301 auf, mit denen das Steckverbinderteil 3 steckend mit einem zugeordneten Gegensteckverbinderteil 40 in Form einer Ladebuchse an dem Fahrzeug 4 in Eingriff gebracht werden kann. Auf diese Weise kann die Ladestation 1 elektrisch mit dem Fahrzeug 4 verbunden werden, um Ladeströme von der Ladestation 1 hin zu dem Fahrzeug 4 zu übertragen.
Um ein zügiges Aufladen des Elektrofahrzeugs 4 z.B. im Rahmen eines sogenannten Schnellladevorgangs zu ermöglichen, weisen die übertragenen Ladeströme eine große Stromstärke, z.B. größer als 200 A, gegebenenfalls sogar in der Größenordnung von 350 A oder darüber, auf. Aufgrund solch hoher Ladeströme kommt es an dem Kabel 2 und auch am Steckverbinderteil 3 sowie der Ladebuchse 40 zu thermischen Verluste, die zu einem Erwärmen des Kabels 2, des Steckverbinderteils 3 und der Ladebuchse 40 führen können.
Das Steckverbinderteil 3 weist, an seinen Steckabschnitten 300, 301 , eine Mehrzahl von Kontaktelementen 302, 303 zum elektrischen Kontaktieren mit zugeordneten Gegenkontaktelementen 400 auf Seiten des Gegensteckverbinderteils 40 (schematisch eingezeichnet in Fig. 1 ) auf. Beispielsweise können an dem Steckabschnitt 301 zwei Kontaktelemente 303 zum Übertragen eines Ladestroms in Form eines Gleichstroms angeordnet sein, während an dem Steckabschnitt 300 Kontaktelemente 302 zur Bereitstellung eines erdenden PE-Kontakts und von Signalkontakten zum Übertragen von Steuersignalen angeordnet sein können. An das Steckverbinderteil 3 ist das Kabel 2 angeschlossen, in dem elektrische Leitungen 21 geführt sind, die innerhalb des Gehäuses 30 elektrisch mit den Kontaktelementen 302, 303 verbunden sind. Das Kabel 2 weist einen Kabelschlauch 20 mit einem Schlauchinnenraum 202 auf, innerhalb dessen sich die elektrischen Leitungen 21 erstrecken (siehe Fig. 3).
Das Kabel 2 ist über eine Baugruppe, an die der Kabelschlauch 20 angeschlossen ist und an der die elektrischen Leitungen 21 in zugentlasteter Weise festgelegt sind, an dem Gehäuse 30 befestigt. Dies erfolgt über ein Verbindungselement 31 und ein mit dem Verbindungselement 31 fest verbundenes Verteilerelement 32, die das Kabel 2 an dem Gehäuse 30 des Steckverbinderteils 3 festlegen. Gesonderte Ansichten dieser Unterbaugruppe zeigen Fig. 4 bis 6.
Das Verbindungselement 31 weist einen Anschlussstutzen 310 auf, mit dem der Kabelschlauch 20 fest verbunden ist und der eine Öffnung 31 1 ausbildet, durch die die elektrischen Leitungen 21 sowie eine in dem Kabelschlauch 20 geführte Kühlmittelleitung 22 hindurchgeführt sind. Das Verbindungselement 31 ist über einen Flanschabschnitt 312 fest mit dem Verteilerelement 32 verbunden (bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel in abgedichteter Weise verschraubt), wobei zwischen dem Verteilerelement 32 und dem Flanschabschnitt 312 des Verbindungselements 31 ein Dichtelement 323 angeordnet ist, über das der Übergang zwischen dem Verbindungselement 31 und dem Verteilerelement 32 feuchtigkeitsdicht abgedichtet ist.
Das Verteilerelement 32 ist als Plattenelement ausgebildet und weist Öffnungen 321 auf, durch die hindurch die elektrischen Leitungen 21 sowie ein mit der Kühlmittelleitung 22 strömungsverbundenes Rohrelement 327 geführt sind. In diesen Öffnungen 321 liegen Dichtelemente 322 in Form von zylindrischen Dichthülsen (auch bezeichnet als Einzeladerdichtungen oder Lamellendichtungen) ein, die den Übergang zwischen den elektrischen Leitungen 21 und dem Rohrelement 327 einerseits und dem Verteilerelement 32 andererseits feuchtigkeitsdicht abdichten, sodass das Verteilerelement 32 eine Feuchtigkeitssperre bereitstellt und insbesondere eine erste Seite des Verteilerelements 32, an der das Verbindungselement 31 angeordnet ist, von einer abgewandten, zweiten Seite feuchtigkeitsdicht getrennt ist.
Über das Verteilerelement 32 werden die elektrischen Leitungen 21 und die Kühlmittelleitung 22 (über das mit der Kühlmittelleitung 22 an der ersten Seite verbundene Rohrelement 327) in das Innere des Gehäuses 30 des Steckverbinderteils 3 eingeführt (siehe Fig. 3). Im Inneren des Gehäuses 30 des Steckverbinderteils 3 sind die Leitungen 21 mit den Kontaktelementen 302, 303 an den Steckabschnitten 300, 301 des Steckverbinderteils 3 verbunden. Um die elektrischen Leitungen 21 und das Rohrelement 327 belastbar an dem Verteilerelement 32 festzulegen, sind Befestigungseinrichtungen 328 in Form von Kabelverschraubungen mit Dichtfunktion und Zugentlastung an der von dem Verbindungselement 31 abgewandten, zweiten Seite des Verteilerelements 32 vorgesehen, durch die hindurch sich die elektrischen Leitungen 21 und das Rohrelement 327 erstrecken und die die elektrischen Leitungen 21 und das Rohrelement 327 mechanisch fest und auf Zug belastbar an dem Verteilerelement 32 festgelegen. Über das Rohrelement 327 wird das Kühlmittel aus der Kühlmittelleitung 22 in das Innere des Gehäuses 30 (in geführter Weise) eingeleitet, wobei das Rohrelement 327, wie in Fig. 4 veranschaulicht, über einen Leitungsabschnitt 325 in Strömungsverbindung mit einem Anschlusselement 326 an dem Verteilerelement 32 steht. Über den Leitungsabschnitt 325 kann das Kühlmittel aus der Kühlmittelleitung 22 beispielsweise hin zu den Lastkontakte darstellenden Kontaktelementen 303 an dem Steckabschnitt 301 geleitet werden, um beispielsweise Wärme an den Kontaktelementen 303 aufzunehmen und von den Kontaktelementen 303 abzuleiten. Oder das Kühlmittel kann über den als Leitungsstück verwirklichten Leitungsabschnitt 325 direkt von dem Rohrelement 327 in das Anschlusselement 326 zurück in den Kabelschlauch 20 geleitet werden Über den Leitungsabschnitt 325 wird eine geschlossene Leitung bereitgestellt, über die das Kühlmittel von dem Rohrelement 327 in geführter Weise hin zu dem Anschlusselement 326 geleitet wird.
Das Anschlusselement 326 liegt in einer Öffnung 324 an dem Verteilerelement 32 ein und steht mit einem Düsenelement 33 in Strömungsverbindung, das mit einem Kopf 330 in einen innerhalb des Verbindungselements 31 gebildeten Strömungsraum 313 hineinragt.
Das Düsenelement 33 weist an seinem Kopf 330 eine Mehrzahl von Öffnungen 331 (siehe Fig. 6) auf, über die das Kühlmittel in den Strömungsraum 313 eingeleitet werden kann. Die Öffnungen 331 sind hierbei derart an dem Kopf 330 angeordnet und gerichtet, dass das Kühlmittel gezielt in Richtung der zu kühlenden elektrischen Leitungen 21 strömt und somit Wärme an den elektrischen Leitungen 21 aufnehmen kann. Der Strömungsraum 313 innerhalb des Verbindungselements 31 steht über die Öffnung 31 1 an dem Anschlussstutzen 310 in Strömungsverbindung mit dem Schlauchinnenraum 202 des Kabelschlauchs 20, sodass das Kühlmittel von dem Strömungsraum 313 in den Kabelschlauch 20 einströmen kann. Innerhalb des Kabelschlauchs 20 umströmt das Kühlmittel die zu kühlenden elektrischen Leitungen 21 und nimmt Wärme an den elektrischen Leitungen 21 auf, wodurch eine effektive Kühlung an den elektrischen Leitungen 21 bereitgestellt werden kann.
Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel dient die in dem Kabelschlauch 20 geführte Kühlmittelleitung 22 als Zuleitung, über die Kühlmittel von Seiten der Ladestation 1 hin zum Steckverbinderteil 3 zugeführt wird. Wie in Fig. 4 veranschaulicht, strömt über die Kühlmittelleitung 22 das Kühlmittel in die Flussrichtung F1 hin zum Steckverbinderteil 3 und durch das Verteilerelement 32 hindurch und wird über den mit dem Rohrelement 327 und dem Anschlusselement 326 verbundenen Leitungsabschnitt 325 umgeleitet und dem Düsenelement 33 zugeführt. Über das Düsenelement 325 wird das Kühlmittel in die entgegengesetzte Flussrichtung F2 in den Strömungsraum 313 innerhalb des Verbindungselements 31 eingespritzt und strömt innerhalb des Kabelschlauchs 20 zurück, sodass der Kabelschlauch als Rückleitung für das Kühlmittel zurück zur Ladestation 1 dient.
Auf Seiten der Ladestation 1 kann das Kühlmittel aus dem Kabelschlauch 20 abgeleitet und beispielsweise wieder der Kühlmittelleitung 22 zugeführt werden, sodass ein geschlossener Kühlmittelkreislauf bereitgestellt wird, über den eine effektive Kühlung sowohl der in dem Kabel 2 geführten elektrischen Leitungen 21 als auch des Steckverbinderteils 3, insbesondere der Kontaktelemente 302, 303 des Steckverbinderteils 3, zur Verfügung gestellt werden kann. Das Kühlmittel ist vorzugsweise flüssig. Das Kühlmittel strömt innerhalb des Steckverbinderteils 3 ausschließlich in geführter Weise (über das Rohrelement 327 und den mit dem Rohrelement verbundenen Leitungsabschnitt 325). Auf der dem Gehäuseinneren abgewandten Seite des Verteilerelements 32 strömt das Kühlmittel demgegenüber frei innerhalb des Strömungsraums 313 des Verbindungselements 31 und des Kabelschlauchs 20. Das Verteilerelement 32 stellt hierzu eine Feuchtigkeitsbarriere dar, die verhindert, dass Flüssigkeit aus dem Strömungsraum 313 in das Gehäuseinnere des Gehäuses 30 des Steckverbinderteils 3 gelangen kann.
Der der Erfindung zugrunde liegende Gedanke ist nicht auf die vorangehend geschilderten Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern lässt sich grundsätzlich auch in gänzlich anders gearteter Weise verwirklichen. Ein Steckverbinderteil der hier beschriebenen Art kann zum Übertragen eines Ladestroms in Form eines Gleichstroms oder auch in Form eines Wechselstroms dienen. In dem Kabelschlauch des Kabels können hierzu eine oder mehrere elektrische Leitungen geführt sein.
Grundsätzlich ist auch denkbar, die Kühlmittelleitung selbst durch das Verteilerelement hindurchzuführen und auf das Rohrelement somit zu verzichten. Über das Rohrelement kann gegebenenfalls, aufgrund einer größeren Formstabilität eines steifen Rohrs, eine verbesserte Dichtheit gegenüber dem Verteilerelement erreicht werden.
Die Kühlmittelleitung steht auf der dem Verbindungselement abgewandten Seite in Strömungsverbindung mit dem Düsenelement. Diese Strömungsverbindung kann in ganz unterschiedlicher Weise ausgestaltet sein. Beispielsweise kann eine einfache Schlauchbrücke zum Rückführen des Kühlmittels vorgesehen sein. Oder die Kühlmittelleitung kann in Strömungsverbindung mit einem Kanal stehen, der das Kühlmittel in den Bereich der Kontaktelemente leitet und von dort zurück zum Düsenelement.
Bezugszeichenliste
1 Ladestation
2 Ladekabel
20 Kabelschlauch
200, 201 Ende
202 Schlauchinnenraum
21 Elektrische Leitung
22 Kühlmittelleitung
3 Ladestecker
30 Gehäuse
300, 301 Steckabschnitt
302, 303 Kontaktelemente
304 Griff
305 Gehäuseteil
31 Verbindungselement
310 Anschlussstutzen
31 1 Öffnung
312 Flanschabschnitt
313 Strömungsraum
32 Verteilerelement
321 Öffnung
322 Dichtelement
323 Dichtelement
324 Öffnung
325 Leitungsabschnitt
326 Anschlusselement
327 Rohrelement
328 Befestigungseinreichung (Zugentlastung)
33 Düsenelement
330 Kopf
331 Öffnungen
4 Fahrzeug
40 Ladebuchse
400 Gegenkontaktelement
F1 , F2 Flussrichtung

Claims

Patentansprüche
Baugruppe zum Ubertragen eines elektrischen Stroms, insbesondere für ein Ladesystem zum Aufladen eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs, mit
einem Kabel (2), das einen Kabelschlauch (20), zumindest eine in dem Kabelschlauch (20) erstreckte elektrische Leitung (21 ) und eine in dem Kabelschlauch (20) erstreckte Kühlmittelleitung (22) aufweist, und
einem mit dem Kabel (2) verbundenen Steckverbinderteil (3) zum Verbinden mit einem Gegensteckverbinderteil (40),
dadurch gekennzeichnet, dass das Steckverbinderteil (3) ein Verteilerelement (32) aufweist, an dem die zumindest eine elektrische Leitung (21 ) und die Kühlmittelleitung (22) angeordnet sind und das ein Düsenelement (33) aufweist, das mit der Kühlmitteleitung (22) in Strömungsverbindung steht und dazu ausgebildet ist, Kühlmittel in den Kabelschlauch (20) zum Umströmen der in dem Kabelschlauch (20) erstreckten zumindest einen elektrischen Leitung (21 ) einzuleiten.
Baugruppe nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlmittel flüssig ist.
Baugruppe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kabelschlauch (2) an einer ersten Seite des Verteilerelements (32) angeschlossen ist und die zumindest eine elektrische Leitung (21 ) und/oder die Kühlmittelleitung (22) oder ein mit der Kühlmittelleitung (22) verbundenes Leitungselement (327) durch das Verteilerelement (32) von der ersten Seite hin zu einer von der ersten Seite abgewandten, zweiten Seite geführt sind.
Baugruppe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlmittelleitung (22) oder das mit der Kühlmittelleitung (22) verbundene Leitungselement (327) an der zweiten Seite mit dem Düsenelement (33) strömungsverbunden ist, wobei das Düsenelement (33) ausgebildet ist, das Kühlmittel an der ersten Seite in den Kabelschlauch (20) einzuleiten.
Baugruppe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verteilerelement (32) zumindest eine Öffnung (321 ) aufweist, durch die hindurch die zumindest eine elektrische Leitung (21 ) und/oder die Kühlmittelleitung (22) oder ein mit der Kühlmittelleitung (22) verbundenes Leitungselement (327) erstreckt sind.
6. Baugruppe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass an der zumindest einen Öffnung (321 ) ein Dichtelement (322) zum Abdichten der zumindest einen elektrischen Leitung (21 ) und/oder der Kühlmittelleitung (22) oder des mit der Kühlmittelleitung (22) verbundenen Leitungselements (327) gegenüber dem
Verteilerelement (32) angeordnet ist.
7. Baugruppe nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Verteilerelement (32) zumindest eine Befestigungseinrichtung (328) zum mechanischen Festlegen der zumindest einen elektrischen Leitung (21 ) und/oder der Kühlmittelleitung (22) oder des mit der Kühlmittelleitung (22) verbundenen Leitungselements (327) an dem Verteilerelement (32) aufweist.
8. Baugruppe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verteilerelement (32) mit einem Verbindungselement (31 ) verbunden ist, das einen Anschlussstutzen (310) aufweist, an den der Kabelschlauch (20) angeschlossen ist.
9. Baugruppe nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Anschlussstutzen (310) eine Öffnung (31 1 ) aufweist, durch hindurch die in dem Kabelschlauch (20) geführte zumindest eine elektrische Leitung (21 ) und die Kühlmittelleitung (22) hin zu dem Verteilerelement (32) verlegt sind.
10. Baugruppe nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselement (31 ) einen Strömungsraum (313) begrenzt, mit dem der
Kabelschlauch (20) in Strömungsverbindung steht, wobei das Düsenelement (33) ausgebildet ist, das Kühlmittel in den Strömungsraum (313) einzuleiten.
1 1 . Baugruppe nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Düsenelement (33) mit einem Kopf (330) von dem Verteilerelement (32) in den Strömungsraum (313) vorsteht.
12. Baugruppe nach Anspruch 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Düsenelement (33) an dem Kopf zumindest eine Öffnung (331 ) zum Einleiten des Kühlmittels in den Strömungsraum (313) aufweist.
13. Baugruppe nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Düsenelement (33) an dem Kopf (330) eine Mehrzahl von Öffnungen (331 ) aufweist.
14. Baugruppe nach einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselement (31 ) durch ein Dichtelement (323) gegenüber dem Verteilerelement (32) abgedichtet ist.
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