WO2020058137A1

WO2020058137A1 - Ladestrangeinrichtung für eine batterie eines kraftfahrzeugs

Info

Publication number: WO2020058137A1
Application number: PCT/EP2019/074574
Authority: WO
Inventors: Thomas Friedrich; Josef Poemmerl; Johannes Ott
Original assignee: Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft
Priority date: 2018-09-18
Filing date: 2019-09-13
Publication date: 2020-03-26
Also published as: US20210300193A1; DE102018215875A1; US11433773B2; CN112154078A

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Ladestrangeinrichtung (4) für eine Batterie (2) eines Kraftfahrzeugs, mit einem Ladestrang (7), welcher wenigstens eine Leitung (8) und jeweilige Enden auf Seiten der Batterie (2) und zum Anschluss an eine fahrzeugexterne Ladestation aufweist, und in welchem ein von einem Kühlfluid durchströmbarer Kühlkanal (9) angeordnet ist, wobei der Kühlkanal (9) über eine fahrzeugseitig angeordnete Kühleinrichtung mit dem Kühlfluid versorgbar ist.

Description

Ladestrangeinrichtung für eine Batterie eines Kraftfahrzeugs

Die Erfindung betrifft eine Ladestrangeinrichtung für eine Batterie eines Kraftfahrzeugs gemäß dem Oberbegriff des unabhängigen Patentanspruchs.

Aus der US 2016/0200206 A1 ist ein Ladesystem für ein elektrisch betreibbares Fahrzeug bekannt. Das Ladesystem umfasst eine Energiequelle und ein Kabel, welches einenends an der Energiequelle befestigt ist und andernends mit einem Verbindungselement des Ladesystems verbunden ist. Das Verbindungselement ist mit einem Ladeanschluss des elektrisch betreibbaren Kraftfahrzeugs verbindbar, um das Kraftfahrzeug zu laden. Das bedeutet, dass es sich bei dem Ladesystem um ein fahrzeugexternes Ladesystem handelt, mittels welchem elektrische Energie zum Laden des Kraftfahrzeugs bereitstellbar ist. Hierbei ist es vorgesehen, dass das Kabel sowie das Verbindungselement mittels eines Kühlkreislaufs gekühlt werden, sodass das Ladesystem die elektrische Energie für das Kraftfahrzeug mit einer besonders hohen Leistung bereitstellen kann.

Wird die elektrische Energie von dem Ladesystem mit der besonders hohen Leistung bereitgestellt, so kann eine Ladegeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs von einer maximalen Empfangsleistung des Kraftfahrzeugs für die elektrische Energie abhängen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es somit, eine Ladeeinrichtung für eine Batterie eines Kraftfahrzeugs zu schaffen, welche eine besonders hohe Empfangsleistung des Kraftfahrzeugs für die elektrische Energie ermöglicht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Ladestrangeinrichtung für eine Batterie eines Kraftfahrzeugs mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen

Patentansprüche und der Beschreibung.

Die Erfindung betrifft eine Ladestrangeinrichtung, welche auch als Leitungssatz bezeichnet werden kann, für eine Batterie eines Kraftfahrzeugs, mit einem Ladestrang, welcher wenigstens eine Leitung, bei weicher es sich insbesondere um ein Ladekabel handelt, und jeweilige Enden auf Seiten der Batterie und zum Anschluss an eine fahrzeugexterne Ladestation aufweist. Bei der Batterie handelt es sich insbesondere um einen Hochvoltspeicher, mittels welchem elektrische Energie für einen elektrischen Antrieb des Kraftfahrzeugs bereitstellbar ist um das Kraftfahrzeug elektrisch anzutreiben. Bei dem Kraftfahrzeug handelt es sich insbesondere um einen elektrisch betreibbaren Kraftwagen, insbesondere einen elektrisch betreibbaren Personenkraftwagen. In dem Ladestrang ist ein von einem Kühlfluid durchströmbarer Kühlkanal angeordnet.

Um eine besonders hohe Empfangsleistung des Kraftfahrzeugs für die elektrische Energie zu ermöglichen, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass der Kühlkanal über eine fahrzeugseitig angeordnete Kühleinrichtung mit dem Kühlfluid versorgbar ist. Der Ladestrang verbindet somit eine fahrzeugseitiges Ladeschnittstelle, welche mit einem korrespondierenden Verbindungselement der fahrzeugexternen Ladestation verbindbar ist, elektrisch mit der Batterie des Kraftfahrzeugs. Folglich ist die wenigstens eine Leitung jeweils mit der Batterie, bei welcher es sich insbesondere um den Hochvoltspeicher handelt, und der fahrzeugseitigen Ladeschnittstelle, welche auch als Ladeelement bezeichnet werden kann und bei welcher es sich insbesondere um eine Ladebuchse handelt, elektrisch verbindbar. Der die wenigstens eine Leitung umfassende Ladestrang weist beispielsweise zwei Anschlusselemente auf, von welchen jeweils eines an den jeweiligen Enden des Ladestrangs angeordnet ist. Über die Anschlusselemente ist der Ladestrang zum Übertragen von elektrischer Energie mit der Batterie und mit der fahrzeugseitigen Ladeschnittstelle elektrisch verbindbar. Zum Kühlen der

Ladestrangeinrichtung weist die wenigstens eine Leitung den von dem Kühlfluid durchströmbaren Kühlkanal auf. Der Kühlkanal ist beispielsweise mit den

Anschlusselementen fluidisch verbunden. Als Kühlfluid wird insbesondere eine

Flüssigkeit, insbesondere ein Wasser-Glykol-Gemisch, verwendet. Zusammenfassend wird somit der Ladestrang mittels des Kühlfluids gekühlt, wodurch der Ladestrang eine besonders hohe elektrische Leistung von der fahrzeugseitigen Ladeschnittstelle an die Batterie übertragen kann. Je höher eine Übertragungsleistung einer übertragenen elektrischen Energie in dem Ladestrang ist, desto mehr steigt eine Temperatur in dem Ladestrang als Übertragungsmedium an. Eine Maximaltemperatur für das

Übertragungsmedium gibt somit eine maximale Übertragungsleistung des

Übertragungsmediums an elektrischer Energie vor, sofern das Übertragungsmedium ungekühlt ist. Wird insbesondere mittels des Kühlfluids aktiv Wärme aus dem

Übertragungsmedium und somit dem Ladestrang entfernt, kann eine besonders hohe Übertragungsleistung an elektrischer Energie umgesetzt werden, da das

Übertragungsmedium beim Übertragen der elektrischen Energie aufgrund der Kühlung im Vergleich zum ungekühlten Übertragungsmedium sich weniger stark erwärmt und somit erst bei einer im Vergleich zum ungekühlten Übertragungsmedium höheren maximalen Übertragungsleistung die maximale Temperatur erreicht. Somit ermöglicht die gekühlte Ladestrangeinrichtung eine besonders hohe Übertragungsleistung von elektrischer Energie von der fahrzeugseitigen Ladeschnittstelle zur Batterie des Kraftfahrzeugs. Das Kühlen des Ladestrangs ermöglicht folglich eine besonders hohe Empfangsleistung des Kraftfahrzeugs für die von der Ladestation empfangene elektrische Energie. Die Batterie des Kraftfahrzeugs kann somit besonders schnell geladen werden, insbesondere wenn die Ladestation elektrische Energie mit einer besonders hohen Ladeleistung zur

Verfügung stellt.

Es hat sich als insbesondere vorteilhaft erwiesen, wenn der Ladestrang genau zwei Leitungen aufweist. Mit anderen Worten werden die Batterie und die fahrzeugseitige Ladeschnittstelle über die zwei Leitungen miteinander verbunden. Hierbei verlaufen die Leitungen parallel von der Batterie zu der fahrzeugseitigen Ladeschnittstelle. Jede der Leitungen weist einen Kühlkanal auf, sodass in Relation zu einer Übertragungsleistung der Leitungen eine besonders große Kühlfläche an den Kühlkanälen realisiert werden kann.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist an einem der Enden eine Umlenkung vorgesehen, mittels welcher Kühlfluid von wenigstens einer der Leitungen in wenigstens eine andere der Leitungen umlenkbar ist. Mit anderen Worten wird mittels der Umlenkung, welche auch als Kühlkreisumlenker bezeichnet werden kann, aus einer der Leitungen empfangenes Kühlfluid in eine andere der Leitungen mittels der Umlenkung eingeleitet. Somit strömt das Kühlfluid in eine erste der Leitungen von der Batterie in Richtung der fahrzeugseitigen Ladeschnittstelle und das Kühlfluid strömt in eine andere der Leitungen von der fahrzeugseitigen Ladeschnittstelle in Richtung der Batterie. Die Umlenkung kann an dem der Batterie zugeordneten Ende oder an dem der

fahrzeugseitigen Ladeschnittstelle zugeordneten Ende des Ladestrangs angeordnet sein. Die Umlenkung ist beispielsweise in einem der Anschlusselemente angeordnet, insbesondere in dem mit der fahrzeugseitigen Ladeschnittstelle verbindbaren

Anschlusselement. Alternativ kann die Umleknung in der Ladeschnittstelle integriert sein. Eine Strömungsrichtung des Kühlfluids in den Leitungen verläuft aufgrund der Umlenkung in entgegengesetzter Richtung. Hierdurch ist eine U-förmige Kühlfluidführung erreichbar, welche mit der Kühleinrichtung zusammen einen geschlossenen Kühlkreislauf bildet. Bei einer Mehrzahl von Leitungen kann eine Mehrzahl von Umlenkungen vorgesehen sein, um das Kühlfluid mäanderförmig über die Kühlkanäle zwischen der Batterie und der fahrzeugseitigen Ladeschnittstelle zu führen. Die Umlenkung ermöglicht, dass die Ladestrangeinrichtung über einen einzigen Kühlkreislauf gekühlt werden kann. Somit ist mittels der Umlenkung eine besonders einfache Kühlung des Ladestrangs

beziehungsweise der Strangeinrichtung möglich.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind an einem der Enden ein Kühlfluidzufluss und ein Kühlfluidabfluss vorgesehen, über welche der Ladestrang fluidisch mit der Kühleinrichtung verbunden ist. Dies bedeutet, dass beispielsweise eines der Anschlusselemente die Umlenkung und das andere der Anschlusselemente den Kühlfluidzufluss und den Kühlfluidabfluss aufweist. Über den Kühlfluidzufluss und den Kühlfluidabfluss ist das Kühlfluid von dem Kühlkanal mit einer Umgebung des

Ladestrangs austauschbar. Insbesondere ist über den Kühlfluidzufluss und den

Kühlfluidabfluss das Kühlfluid zwischen dem Ladestrang und der Kühleinrichtung austauschbar. Insbesondere sind die Kühlkanäle über den Kühlfluidzufluss und den Kühlfluidabfluss mit der Kühleinrichtung verbindbar. Der Kühlfluidzufluss und der

Kühlfluidabfluss können an demselben Anschlusselement oder jeweils an einem der Anschlusselemente und somit an unterschiedlichen Anschlusselementen angeordnet sein. Das Anordnen des Kühlfluidzuflusses und des Kühlfluidabflusses an demselben Anschlusselement hat den Vorteil, dass jeweilige Verbindungen des Kühlfluidzuflusses und des Kühlfluidabflusses zu der Kühleinrichtung besonders kurz ausgeführt werden können, wenn die Kühleinrichtung besonders nah an dem den Kühlfluidzufluss und den Kühlfluidabfluss aufweisenden Anschlusselement angeordnet ist. Der Kühlfluidzufluss und der Kühlfluidabfluss ermöglichen ein besonders vorteilhaftes Einleiten und ein besonders vorteilhaftes Entnehmen des Kühlfluids aus dem Ladestrang. Der Kühlfluidzufluss sowie der Kühlfluidabfluss ermöglichen vorteilhafterweise ein Zuführen von kühlem Kühlfluid in den Kühlkanal und eine Entnahme von erwärmtem Kühlfluid aus dem Kühlkanal.

Hierdurch kann eine dauerhafte Kühlung des Ladestrangs erreicht werden.

Es hat sich als insbesondere vorteilhaft erwiesen, wenn die wenigstens eine Leitung einen zentralen Kühlfluidschlauch zum Führen des Kühlfluids, einen Innenleiter zum Führen von elektrischer Energie, eine Schirmung sowie die wenigstens eine Isolierung aufweist. Das bedeutet, dass zumindest eine der Leitungen, insbesondere jede der Leitungen den mittig angeordneten sich insbesondere über eine gesamte Länge der jeweiligen Leitung erstreckenden Kühlfluidschlauch aus Kunststoff aufweist, welcher den Kühlkanal bereitstellt. Außenseitig des Kühlfluidschlauchs kann auf dem

Kühlfluidschlauch der Innenleiter anliegen, welcher beispielsweise eine

Querschnittsfläche von 35 Quadratmillimetern aufweist und/oder aus Kupfer gebildet ist. Unter dem Innenleiter ist insbesondere eine Hochvoltleitung zu verstehen. Der Innenleiter kann von einer ersten Isolierung umgeben sein, welche den Innenleiter nach außen hin isoliert. Außenumfangsseitig der ersten Isolierung oder direkt auf dem Innenleiter aufliegend kann die Schirmung angeordnet sein, welche insbesondere ein Schirmgeflecht aus verzinktem Kupfer umfasst. Außenseitig der Schirmung kann eine zweite Isolierung angeordnet sein, welche beispielsweise aus einem Silikonkautschuk gebildet ist. Sowohl der Innenleiter als auch die Schirmung als auch die jeweiligen Isolierungen können den Kühlfluidschlauch vollständig umfangsseitig sowie über dessen gesamte Länge nach außen hin überdecken. Der zentral angeordnete Kühlkanal, welcher von dem Innenleiter umfangsseitig umgeben ist, weist bei einer gegebenen Querschnittsfläche des

Innenleiters eine besonders große Kontaktfläche mit dem Innenleiter auf, sodass über den Kühlkanal besonders viel Wärme von dem Innenleiter abtransportiert werden kann. Die derartigen Leitungen sind somit besonders effektiv kühlbar.

In einer alternativen Ausgestaltung der Leitungen kann die wenigstens eine Leitung eine zentrale Leitungsader aufweisen, welche von wenigstens einem Kühlfluidschlauch schraubenförmig umwickelt ist. Das bedeutet, dass die Leitungsader sich mittig in der Leitung über deren gesamte Länge erstreckt. Insbesondere kann es sich bei der

Leitungsader um einen einadrigen Innenleiter handeln. Unter dem Innenleiter ist insbesondere eine Hochvoltleitung zu verstehen. Die Leitungsader ist entlang ihrer Längserstreckungsrichtung von wenigstens einem Kühlfluidschlauch umwickelt, sodass die Leitungsader umfangsseitig mittels des den Kühlkanal bereitstellenden

Kühlfluidschlauchs über das Kühlfluid kühlbar ist. Der die Leitungsader schraubenförmig umwickelnde Kühlfluidschlauch ermöglicht insbesondere bei einer Verwendung von einer Mehrzahl an die Leitungsader schraubenförmig umwickelnden Kühlfluidschläuchen eine mehrflutige, schraublinienförmige Umströmung der Leitungsader. Insbesondere bei einer mehrflutigen Umströmung der Leitungsader über eine Mehrzahl von Kühlfluidschläuchen kann über eine jeweilige Temperatur des Kühlfluids beziehungsweise eine Führung des Kühlfluids durch die Kühlfluidschläuche hindurch eine Kühlung der Leitungsader eingestellt werden. Insbesondere kann die Mehrzahl an die Leitungsader

schraubenförmig umwickelnden Kühlfluidschläuchen derart miteinander verschaltet sein, dass eine konstante Kühlung der jeweiligen Leitung über deren Gesamtlänge möglich ist. Die die zentrale Leitungsader aufweisende Leitung ist insbesondere nach außen hin geschirmt und isoliert.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass für einen Austausch von Kühlfluid mit der Batterie das der Batterie zugeordnete Ende des

Ladestrangs fluidisch mit der Batterie koppelbar ist. Dies bedeutet, dass das mit der Batterie verbundene Anschlusselement den Kühlfluidzufluss und den Kühlfluidabfluss aufweist. Über den Kühlfluidzufluss und den Kühlfluidabfluss ist der Ladestrang fluidisch mit der Batterie koppelbar. Beispielsweise weisen sowohl das den Kühlfluidzufluss als auch den Kühlfluidabfluss aufweisende Anschlusselement sowie die Batterie eine jeweilige elektrische und fluidische Schnittstellen auf, welche beim Verbinden des Ladestrangs mit der Batterie miteinander koppelbar sind. Somit entsteht durch das Koppeln des Ladestrangs mit der Batterie sowohl eine fluidische als auch eine elektrische Verbindung zwischen dem Ladestrang und der Batterie. Über die elektrische Verbindung zwischen dem Ladestrang und der Batterie ist elektrische Energie, welche mittels der fahrzeugseitigen Ladeschnittstelle empfangen worden ist und über den Ladestrang übertragen worden ist, an die Batterie übertragbar. Über die fluidische Verbindung zwischen der Batterie und dem Ladestrang ist das Kühlfluid zwischen der Batterie und dem Ladestrang austauschbar. Somit ist der Kühlkanal an ein Batteriekühlsystem der Batterie anschließbar. Über das Batteriekühlsystem sind somit die Batterie und der Ladestrang gemeinsam kühlbar. Beispielsweise handelt es sich bei der Kühleinrichtung um das Batteriekühlsystem, mit welcher der Kühlkanal des Ladestrangs einen

geschlossenen Kühlkreislauf bildet. Somit sind über das Batteriekühlsystem

vorteilhafterweise sowohl die Batterie als auch der Ladestrom gemeinsam kühlbar.

In einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Ladestrang unter Umgehung der Batterie fluidisch mit der Kühleinrichtung koppelbar ist. Somit ist die fahrzeugseitige Kühleinrichtung extern der Batterie angeordnet. Über das den

Kühlfluidzufluss und den Kühlfluidabfluss aufweisende Anschlusselement ist der

Ladestrang somit lediglich elektrisch mit der Batterie koppelbar. Das Kühlfluid wird unter Umgehung der Batterie über den Kühlfluidzufluss dem Kühlkanal zugeführt und über den Kühlfluidabfluss unter Umgehung der Batterie aus dem Kühlkanal entnommen. Somit sind der Ladestrang und die Batterie fluidisch voneinander unabhängig. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn der Ladestrang und die Batterie unterschiedliche

Kühlanforderungen haben. Jeweilige Kühlanforderungen können mittels eines

Batteriekühlkreislaufs des Batteriekühlsystems sowie mittels der Ladestrangeinrichtung auf den Ladestrang beziehungsweise auf die Batterie speziell abgestimmt und somit besonders vorteilhaft umgesetzt werden.

Die Ladestrangeinrichtung kann insbesondere in Zusammenhang mit einem Ladesystem für ein elektrisch betreibbares Kraftfahrzeug eingesetzt werden. Zusätzlich zu der Ladestrangeinrichtung kann das Ladesystem die fahrzeugseitige Batterie, mittels welcher elektrische Energie für den Antrieb des Kraftfahrzeugs bereitstellbar ist, und die fahrzeugseitige Ladeschnittstelle, insbesondere die fahrzeugseitige Ladebuchse, umfassen, welche zum Laden der Batterie mit dem Verbindungselement der

fahrzeugexternen Energiequelle verbindbar ist.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, den Figuren und der Figurenbeschreibung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen

Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar.

Die Erfindung wird nun anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Ansicht eines Ladesystems mit einer Batterie zum

Bereitstellen von elektrischer Energie zum Betreiben eines

Kraftfahrzeugs, mit einer fahrzeugseitigen Ladeschnittstelle, mittels welcher elektrische Energie von einer Ladestation empfangbar ist und mit einer Ladestrangeinrichtung, mittels welcher die über die

fahrzeugseitige Ladeschnittstelle empfangene elektrische Energie an die Batterie übertragbar ist, wobei die Ladestrangeinrichtung für eine besonders hohe Übertragungsleistung an elektrischer Energie von der fahrzeugseitigen Ladeschnittstelle an die Batterie einen von einem Kühlfluid durchströmbaren Kühlkanal aufweist, welcher mit einer Kühleinrichtung des Kraftfahrzeugs einen die Batterie fluidisch umgehenden Kühlkreislauf bildet;

Fig. 2 eine schematische Ansicht eines Ausschnitts eines mit der Batterie verbundenen Endes der Ladestrangeinrichtung in einer alternativen Ausführungsform, wobei der Kühlkanal der Ladestrangeinrichtung sowohl elektrisch als auch fluidisch mit der Batterie verbunden ist, sodass die Ladestrangeinrichtung über das Kühlfluid fluidisch mit einer Batteriekühlsystem der Batterie verbunden ist;

Fig. 3 eine schematische Schnittansicht sowie eine schematische

Schichtansicht einer Leitung der Ladestrangeinrichtung, wobei zentral in der Leitung ein Kühlfluidschlauch verläuft, welcher umfangsseitig über die gesamte Länge der Leitung von einem Innenleiter zum Führen von elektrischer Energie umgeben ist;

Fig. 4 eine schematische Schnittansicht sowie eine schematische

Schichtansicht einer Leitung der Ladestrangeinrichtung, wobei zentral in der Leitung der Innenleiter angeordnet ist, welcher

schraubenlinienförmig von einer Mehrzahl an Kühlfluidschläuchen zur Kühlung des Innenleiters umwickelt ist; und

Fig. 5 eine schematische Perspektivansicht der Batterie sowie eines

Ausschnitts der Ladestrangeinrichtung, wobei ein zweites Anschlusselement vorgesehen ist, welches mit einem Aggregateanschluss der Batterie verbindbar ist.

In Fig. 1 ist ein Ladesystem 1 dargestellt, mittels welchem eine Batterie 2 eines elektrisch betreibbaren Kraftfahrzeugs ladbar ist. Mittels der Batterie 2 ist elektrische Energie für einen elektrischen Antrieb des Kraftfahrzeugs bereitstellbar, um das Kraftfahrzeug, bei welchem es sich insbesondere um ein Elektrofahrzeug handelt, anzutreiben. Zum Laden der Batterie 2 ist das Kraftfahrzeug mit einer fahrzeugexternen Ladestation zu verbinden, welche für das Kraftfahrzeug elektrische Energie bereitstellt. Hierbei kann die Ladestation die elektrische Energie für das Kraftfahrzeug konduktiv oder induktiv bereitstellen. Das Kraftfahrzeug weist eine fahrzeugseitiges Ladeschnittstelle 3 auf, mittels welcher die von der Ladestation bereitgestellte elektrische Energie empfangbar ist.

Zum Weiterleiten der elektrischen Energie von der fahrzeugseitigen Ladeschnittstelle 3, welche vorliegend als Ladebuchse ausgebildet ist, zur Batterie 2 ist eine

Ladestrangeinrichtung 4 vorgesehen. Die Ladestrangeinrichtung 4 weist vorliegend ein erstes Anschlusselement 5 und ein zweites Anschlusselement 6 auf. Das erste

Anschlusselement 5 ist an einem ersten Ende der Ladestrangeinrichtung 4 angeordnet und das zweite Anschlusselement 6 ist an dem anderen, zweiten Ende der

Ladestrangeinrichtung 4 angeordnet. Über das erste Anschlusselement 5 ist die

Ladestrangeinrichtung 4 mit der fahrzeugseitigen Ladeschnittstelle 3 verbindbar. Über die elektrische Verbindung von der fahrzeugseitigen Ladeschnittstelle 3 zu dem ersten Anschlusselement 5 ist die mittels der fahrzeugseitigen Ladeschnittstelle 3 von der Ladestation empfangene elektrische Energie auf die Ladestrangeinrichtung 4

übertragbar. Das zweite Anschlusselement 6 ist mit der Batterie 2 des Kraftfahrzeugs elektrisch verbindbar, um die elektrische Energie für die Batterie 2 bereitzustellen. Hierbei wird mittels der Ladestrangeinrichtung 4 die elektrische Energie von dem ersten

Anschlusselement 5 zu dem zweiten Anschlusselement 6 geleitet. Über das zweite Anschlusselement 6, welches elektrisch mit der Batterie 2 verbindbar ist, wird die elektrische Energie für die Batterie 2 bereitgestellt.

Die Ladestrangeinrichtung 4 umfasst vorliegend zusätzlich zu den Anschlusselementen 5, 6 einen Ladestrang 7, über welchen die Anschlusselemente 5, 6 miteinander verbunden sind. Der Ladestrang 7 umfasst wiederum zwei Leitungen 8, welche jeweils dazu eingerichtet sind, elektrische Energie zu übertragen. Um ein Übertragen der elektrischen Energie von der fahrzeugseitigen Ladeschnittstelle 3 an die Batterie 2 mittels des

Ladestrangs 7 mit einer besonders hohen Übertragungsleistung zu ermöglichen, weisen die Leitungen 8 jeweilige Kühlkanäle 9 auf, welche zum Kühlen der Ladestrangeinrichtung 4 von einem Kühlfluid durchströmbar sind. Die Kühlkanäle 9 sind über eine fahrzeugseitig angeordnete, in den Fig. nicht dargestellte Kühleinrichtung mit dem Kühlfluid versorgbar.

Auf den Aufbau der Leitungen 8 wird im Zusammenhang mit der Fig. 3 näher

eingegangen werden.

Die in den Leitungen 8 angeordneten Kühlkanäle 9 bilden zusammen mit der

Kühleinrichtung einen geschlossenen Kühlkreislauf zum Kühlen der

Ladestrangeinrichtung 4. Um den geschlossenen Kühlkreislauf bereitzustellen, weist das erste Anschlusselement 5 eine Umlenkung 10 auf, mittels welcher aus einer der

Leitungen 8 ausströmendes Kühlfluid in die andere Leitung 8 umlenkbar ist. Somit erfolgt eine U-förmige Kühlfluidführung in der Ladestrangeinrichtung 4 über die Leitungen 8. Das Kühlfluid durchströmt die Leitungen 8 in einer entgegengesetzten Richtung, wobei eine Stromführungsrichtung des Kühlfluids durch eine erste der Leitungen 8 parallel zu einer Stromführungsrichtung in der zweiten Leitung 8 verläuft und die Strömungsrichtung des Kühlfluids in der zweiten Leitung 8 entgegengesetzt zu einer Stromführungsrichtung in der ersten Leitung 8 verläuft.

Zum Einleiten des Kühlfluids in den Ladestrang 7 weist das zweite Anschlusselement 6 einen Kühlfluidzufluss 1 1 auf, über welchen das Kühlfluid in den Ladestrang 7 einströmen kann. Zum Entnehmen des Kühlfluids aus dem Ladestrang 7 weist das zweite

Anschlusselement 6 einen Kühlfluidabfluss 12 auf, über welchen das Kühlfluid aus dem Ladestrang 7 entnehmbar ist. Insbesondere ist über den Kühlfluidzufluss 1 1 das Kühlfluid der Ladestrangeinrichtung 4 zuführbar und über den Kühlfluidabfluss 12 das Kühlfluid aus der Ladestrangeinrichtung 4 entnehmbar.

Wie in Fig. 1 dargestellt ist, ist das zweite Anschlusselement 6 in einer ersten

Ausführungsform derart ausgebildet, dass über das zweite Anschlusselement 6 die Ladestrangeinrichtung elektrisch mit der Batterie 2 gekoppelt ist. Hierbei wird in der ersten Ausführungsform das Kühlfluid unter Umgehung der Batterie 2 der

Ladestrangeinrichtung 4 zugeführt und entnommen.

In Fig. 2 ist das zweite Anschlusselement 6 in einer alternativen, zweiten

Ausführungsform dargestellt, in welcher die Ladestrangeinrichtung 4 über das zweite Anschlusselement 6 sowohl fluidisch als auch elektrisch mit der Batterie 2 koppelbar ist. Insbesondere ist über das zweite Anschlusselement 6 der Kühlfluidzufluss 1 1 sowie der Kühlfluidabfluss 12 mit einer Batteriekühlsystem 13 der Batterie 2 verbindbar, um

Kühlfluid mit dem Batteriekühlsystem 13 auszutauschen. Bei der Kühleinrichtung kann es sich somit um das Batteriekühlsysem 13 oder um ein zu dem Batteriekühlsystem 13 unterschiedliches, fahrzeuginternes Kühlsystem, insbesondere einen fahrzeugseitigen Kühlkreislauf handeln.

In Fig. 3 ist die Leitung 8 in einer ersten Ausführungsform geschnitten und schichtweise dargestellt. Bei den Leitungen 8 kann es sich um Meterware handeln. In der ersten Ausführungsform weist die Leitung 8 den zentral angeordneten Kühlkanal 9 auf, welcher von einem Kühlfluidschlauch 14 aus Kunststoff bereitgestellt wird. Der Kühlfluidschlauch 14 kann insbesondere aus einem Perfluoralkoxypolymer mit einer Maximaltemperatur von 180 Grad Celsius oder aus einem Polyamidkunststoff mit einer Maximaltemperatur von 150 Grad Celsius gebildet sein. Den zentralen Kühlfluidschlauch 14 kann ein Innenleiter 15, welcher zum Leiten von elektrischer Energie eingerichtet ist, umgeben. Der

Innenleiter 15 kann aus Kupfer bestehen und einen Querschnitt von

35 Quadratmillimetern aufweisen. Der Innenleiter 15 ist von einer ersten Isolierung 16 nach außen hin überdeckt. Die erste Isolierung 16 wiederum ist nach außen hin von einem Schirmgeflecht aus verzinktem Kupfer als Schirmung 17 überdeckt. Als äußerste Schicht weist die Leitung 8 eine zweite Isolierung 18 aus Silikonkautschuk auf.

In einer alternativen, in den Fig. 4 dargestellten Ausführungsform der Leitung 8 kann die Leitung 8 eine einadrige, geschirmte Hochvoltleitung als Innenleiter 15 umfassen. Hierbei wird der Innenleiter 15 mehrflutig schraubenlinienförmig umströmt. Vorliegend ist der Innenleiter 15 von vier Kühlfluidschläuchen 14 schraubenförmig umwickelt. In den Kühlfluidschläuchen 14 strömendes Fluid kann in einander entgegengesetzten

Richtungen und somit im Gegenstrom entlang einer Längserstreckungsrichtung der zugeordneten Leitung 8 fließen. Wie in Fig. 4 gezeigt ist, kann in dieser Ausführungsform die Leitung 8 ebenfalls die erste Isolierung 16, die Schirmung 17 und die zweite Isolierung 18 aufweisen.

Fig. 5 zeigt ausschnittsweise die Batterie 2 mit dem Aggregateanschluss 19 sowie die Ladestrangeinrichtung 4 mit dem zweiten Anschlusselement 6. Wie in Fig. 5 erkannt werden kann, weisen der Aggregateanschluss 19 und das zweite Anschlusselement 6 miteinander korrespondierende elektrische Kontakte 20, 22 auf. Zum elektrischen Verbinden der Ladestrangeinrichtung 4 mit der Batterie 2, werden die ersten elektrischen Kontakte 20 des zweiten Anschlusselements 6 in die zweiten elektrischen Kontakte 22 der Batterie 2 eingesteckt.

Dem beschriebenen Ladesystem 1 liegt die Erkenntnis zugrunde, dass beim Laden von Elektrofahrzeugen sich eine Temperaturentwicklung in jeweiligen Stromleitungen als Leistungsbegrenzung erweist. Hierbei liegt die Temperaturentwicklung der

Stromleitungen eine Untergrenze für eine Ladezeit fest. Eine entsprechende Kühlung der Stromleitungen erlaubt besonders hohe Ströme und damit besonders hohe Leistungen und besonders kurze Ladezeiten. Eine weitere kritische Stelle im Strompfad sind

Kontaktstellen zwischen Stromleitern. Aufgrund sich durch die Kontaktfläche ergebende höhere Widerstände kommt es an Kontaktstellen zu starker Wärmeentwicklung.

Die Ladestrangeinrichtung 4 ermöglicht, dass sowohl die Leitungen 8 als auch die Anschlusselemente 5, 6 über die Umlenkung 10 beziehungsweise den Kühlfluidzufluss 11 und den Kühlfluidabfluss 12 gekühlt werden, um besonders hohe Übertragungsleistungen an elektrischer Energie in der Ladestrangeinrichtung 4 zu ermöglichen.

Das Ladesystem 1 umfasst die Meterware der Leitung 8, die beiden Anschlusselemente 5 und 6, bei welchen es sich insbesondere um jeweilige Stecker handeln kann, die als Ladebuchse ausgebildete fahrzeugseitige Ladeschnittstelle 3 sowie die Batterie 2 mit einem Aggregateanschluss 19, über welchen das zweite Anschlusselement 6 mit der Batterie 2 verbindbar ist und bei welchem es sich insbesondere um einen Adapter handelt. Bei dem Aggregateanschluss 19 handelt es sich in der ersten Ausführungsform um einen zweipoligen Hochvoltaggregateanschluss mit elektrischen Anschlüssen. Das zweite Anschlusselement 6 besitzt zusätzlich zu einer Kontaktierung für den Strom, über welche Strom für die Batterie 2 bereitstellbar ist, zwei Kühlfluidanschlüsse, vorliegend den Kühlfluidzufluss 1 1 und den Kühlfluidabfluss 12. Das zweite

Anschlusselement 6 ist in den Fig. in zwei unterschiedlichen Ausführungsformen dargestellt. In der in Fig. 1 dargestellten ersten Ausführungsform ragen der

Kühlfluidzufluss 11 und der Kühlfluidabfluss 12 seitlich aus dem zweiten

Anschlusselement 6 heraus und zeigen insbesondere von dem Aggregateanschluss 19 der Batterie 2 weg. Der Kühlfluidzufluss 1 1 und der Kühlfluidabfluss 12 werden somit in einem separaten Arbeitsgang an die Kühleinrichtung angeschlossen. Eine elektrische Kontaktierung des Innenleiters 15 über einen Runderimp ermöglicht es, in dem zweiten Anschlusselement 6 den Kühlfluidschlauch 14 über die Kontaktierung hinausragend und somit separat weiterlaufend zu verlegen.

Bei der zweiten, alternativen Ausführungsform des zweiten Anschlusselements 6, welcher in Fig. 2 dargestellt ist, sind der Kühlfluidzufluss 11 und der Kühlfluidabfluss 12 in ein Gehäuse des Anschlusselements 6 integriert und in dieselbe Richtung ausgerichtet wie Stromanschlüsse des zweiten Anschlusselements 6. Der Kühlfluidzufluss 11 und der Kühlfluidabfluss 12 können über eine Schnellkupplung in einem Arbeitsgang gemeinsam mit einer Stromkontaktierung mit dem Aggregateanschluss 19 verbunden werden, um an die Batterie 2 angeschlossen zu werden. Dabei sind die zwei unterschiedlichen

Kontaktierungen, elektrische Kontakte und fluidische Kontakte des zweiten

Anschlusselements 6, durch eine Dichtung voneinander getrennt. Darüber hinaus können die jeweiligen elektrischen Kontakte gegeneinander und die jeweiligen fluidischen Kontakte gegeneinander abgedichtet sein. In der zweiten Ausführungsform ist der Aggregateanschluss 19 als zweipoliger Hochvoltaggregateanschluss mit elektrischen und fluiden Anschlüssen ausgebildet.

Das erste Anschlusselement 5 ermöglicht es, die Ladestrangeinrichtung 4 an ein gewöhnliches ungekühltes Stromsystem anzuschließen. Der Kühlfluidkreislauf wendet über die Umlenkung 10 in dem ersten Anschlusselement 5. Eine äußere Zufuhr oder Abfuhr von Kühlfluid aus der Ladestrangeinrichtung 4 ist in dem ersten Anschlusselement 5 vorliegend nicht vorgesehen. Hierdurch kann die Ladestrangeinrichtung 4 flexibel eingesetzt und mit gewöhnlichen Stromsystemen kombiniert werden. Das erste

Anschlusselement 5 besitzt die Umlenkung 10 für das Kühlfluid sowie eine Kontaktierung für den Strom, um das erste Anschlusselement 5 mit der fahrzeugseitigen

Ladeschnittstelle 3 elektrisch zu kontaktieren. Insbesondere ist das erste

Anschlusselement 5 direkt mit der fahrzeugseitigen Ladeschnittstelle 3 verbindbar. Die Ladestrangeinrichtung 4 ermöglicht ein einheitliches Gesamtsystem mit geringem funktionalem und konstruktivem Integrationsaufwand bei einem besonders geringen Bauraumbedarf, welches gemeinsam gekühlt werden kann. Darüber hinaus ermöglicht die Ladestrangeinrichtung 4 eine besonders hohe Übertragungsleistung für elektrische Energie. Hierbei ermöglicht die Ladestrangeinrichtung 4 eine besonders hohe stationäre Ladeleistung und eine besonders hohe instationäre Betriebslast. Für vorgegebene Ladeenergien ist mittels der Ladestrangeinrichtung 4 eine besonders kurze Ladezeit erreichbar. Darüber hinaus weist die Ladestrangeinrichtung 4 ein besonders geringes Gewicht im Vergleich für lastgleiche ungekühlte Leitungssätze auf. Des Weiteren weist die Ladestrangeinrichtung 4 besonders geringe Stückkosten im Vergleich zu lastgleichen ungekühlten Leitungen auf. Die Gewichtsvorteile und Stückkostenvorteile der

Ladestrangeinrichtung 4 werden insbesondere aufgrund eines bei der gekühlten

Ausführung besonders geringen Querschnitts des Innenleiters 15 im Vergleich zu einem lastgleichen Innenleiter erreicht.

Zusätzlich zu dem Verbinden der Batterie 2 mit der Ladeschnittstelle 3 kann über eine weitere Ladestrangeinrichtung 4 die Batterie mit einer elektrischen Maschine verbunden werden, welche dazu eingerichtet ist, das Kraftfahrzeug elektrisch zu betreiben, insbesondere anzutreiben. Insbesondere können eine Mehrzahl von elektrischen Komponenten innerhalb des Kraftfahrzeugs mit jeweiligen Ladestrangeinrichtungen 4 zumindest elektrisch, insbesondere elektrisch und fluidisch, untereinander verbunden werden.

Bezugszeichenliste

Ladesystem

Batterie

Ladeschnittstelle

Ladestrangeinrichtung erstes Anschlusselement zweites Anschlusselement

Ladestrang

Leitung

Kühlkanal

Umlenkung

Kühlfluidzufluss

Kühlfluidabfluss

Batteriekühlsystem

Kühlfluidschlauch

Innenleiter

Isolierung

Schirmung

Isolierung

Aggregateanschluss erste elektrische Kontakte zweite elektrische Kontakte

Claims

Patentansprüche

1. Ladestrangeinrichtung (4) für eine Batterie (2) eines Kraftfahrzeugs, mit einem

Ladestrang (7), welcher wenigstens eine Leitung (8) und jeweilige Enden auf Seiten der Batterie (2) und zum Anschluss an eine fahrzeugexterne Ladestation aufweist, und in welchem ein von einem Kühlfluid durchströmbarer Kühlkanal (9) angeordnet ist,

dadurch gekennzeichnet, dass

der Kühlkanal (9) über eine fahrzeugseitig angeordnete Kühleinrichtung mit dem Kühlfluid versorgbar ist.

2. Ladestrangeinrichtung (4) nach Anspruch 1 ,

dadurch gekennzeichnet, dass

der Ladestrang (7) genau zwei Leitungen (8) aufweist.

3. Ladestrangeinrichtung (4) nach Anspruch 1 oder 2,

dadurch gekennzeichnet, dass

an einem der Enden eine Umlenkung (10) vorgesehen ist, mittels welcher Kühlfluid von wenigstens einer der Leitungen (8) in wenigstens eine andere der Leitungen (8) umlenkbar ist.

4. Ladestrangeinrichtung (4) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass

an einem der Enden ein Kühlfluidzufluss (1 1 ) und ein Kühlfluidabfluss (12) vorgesehen sind, über welche der Ladestrang (7) fluidisch mit der Kühleinrichtung verbunden ist.

5. Ladestrangeinrichtung (4) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass

die wenigstens eine Leitung (8) einen zentralen Kühlfluidschlauch (14) zum Führen des Kühlfluids, einen Innenleiter (15) zum Führen von elektrischer Energie, eine Schirmung (17) sowie wenigstens eine Isolierung (16, 18) aufweist.

6. Ladestrangeinrichtung (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass

die wenigstens eine Leitung (8) eine zentrale Leitungsader aufweist, welche von wenigstens einem Kühlfluidschlauch (14) schraubenförmig umwickelt ist.

7. Ladestrangeinrichtung (4) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass

für einen Austausch von Kühlfluid mit der Batterie (2) das der Batterie (2) zugeordnete Ende des Ladestrangs (7) fluidisch mit der Batterie (2) koppelbar ist.

8. Ladestrangeinrichtung (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 6,

dadurch gekennzeichnet, dass

der Ladestrang (7) unter Umgehung der Batterie (2) fluidisch mit der

Kühleinrichtung koppelbar ist.