WO2022028959A1 - Gekühltes ladekabel - Google Patents

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WO2022028959A1
WO2022028959A1 PCT/EP2021/071032 EP2021071032W WO2022028959A1 WO 2022028959 A1 WO2022028959 A1 WO 2022028959A1 EP 2021071032 W EP2021071032 W EP 2021071032W WO 2022028959 A1 WO2022028959 A1 WO 2022028959A1
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WO
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cooling
charging cable
hose
charging
electrical conductor
Prior art date
Application number
PCT/EP2021/071032
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English (en)
French (fr)
Inventor
Guenter Koenig
Sven Spindler
Original Assignee
Leoni Kabel Gmbh
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Publication date
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Priority to US18/019,105 priority patent/US20230282392A1/en
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B7/00—Insulated conductors or cables characterised by their form
    • H01B7/42—Insulated conductors or cables characterised by their form with arrangements for heat dissipation or conduction
    • H01B7/421—Insulated conductors or cables characterised by their form with arrangements for heat dissipation or conduction for heat dissipation
    • H01B7/423—Insulated conductors or cables characterised by their form with arrangements for heat dissipation or conduction for heat dissipation using a cooling fluid
    • 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
    • B60L53/18—Cables specially adapted for charging electric vehicles
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
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    • H01B9/006—Constructional features relating to the conductors
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    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries
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    • 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 invention relates to an individual line for a charging cable for electric vehicles and a charging cable with such individual lines.
  • Electric vehicles are usually charged at charging stations using charging cables.
  • Such charging cables are usually connected to the charging station at one end and can be connected to an electric vehicle for charging.
  • the maximum charging power for charging an electric vehicle (electric car) depends on several factors, such as the charging power of the electric car, the charging station and the charging cable.
  • Electric vehicles can be charged using alternating current (AC) (also using three-phase current as a special alternating current) and/or direct current (DC).
  • AC alternating current
  • DC direct current
  • the power provided by the power grid is always alternating current.
  • batteries like batteries in an electric vehicle, can only store direct current. A conversion from alternating current to direct current is therefore necessary for charging.
  • the necessary converter/rectifier is located in the vehicle.
  • the converter often in the form of or as part of an on-board charger, in the vehicle converts the AC power to DC power and charges the vehicle's battery/accumulator.
  • Most electric cars are suitable for charging with alternating current.
  • the AC charging capacity can vary. For example, some vehicles only charge with 3.7 kW. Other vehicles can be charged with up to 22 kW and thus much faster. In general, today's AC chargers provide different ranges between 16 A (3.7 kW) and 63 A (43 kW). AC charging is convenient because of the amount of time it takes to charge a car for several hours at home or at work.
  • the converter/rectifier can be found in the charging station itself. In this case, the conversion takes place i.e. through the converter / rectifier in the charging station or a DC charger outside the vehicle. This means that when charging with direct current, a rectifier in the charging station converts the current directly and then charges the battery of the electric car via the charging cable. This means that direct current is transmitted from the charger to the vehicle via the charging cable and fed directly into the vehicle accumulator/vehicle battery, bypassing any converter/rectifier in the vehicle. The vehicle does not require an onboard device to convert AC to DC. The charging cable used must therefore be able to transmit direct current.
  • the plugs of the charging cable also differ.
  • So-called rapid charging stations enable high charging capacities of - depending on the vehicle - for example up to 50 kW, up to 70 kW or even up to 250 kW.
  • DC charging stations and DC chargers are often found near freeways or at public charging stations where there is not much time to charge.
  • the temperature of the charging cable In addition to the temperature of the battery, the temperature of the charging cable also plays a role in the charging performance and thus the duration of the charging process.
  • charging systems for high charging power lead to strong heating. Problems can arise in particular with charging cables with smaller cross-sections. Normally, the smaller cross-sections would not be able to transmit the necessary power because they would heat up too quickly due to the current load. This could result in the maximum permissible conductor temperature according to EN 50620 or IEC 62893 being exceeded after a certain period of time.
  • the loading process may have to be interrupted or aborted. Furthermore, the cables are damaged in their service life.
  • the surface temperature of the charging cable could also rise above the limit value of IEC 117 and possibly lead to injuries to the user when touching/handling the charging cable.
  • the thermal energy that occurs during charging must therefore be dissipated with the help of a cooling line, for example.
  • a current approach to this is to integrate hoses into the cable construction, which remove the heat from the cable.
  • the medium in the cooling hoses can be gaseous or liquid.
  • conductive liquids eg a water-glycol mixture
  • Cooling solutions for charging cables available today are not optimal in terms of cooling performance, because a cooling hose touches an insulated conductor and thus takes over the heat transfer. However, the insulation prevents particularly efficient heat transfer and thus dissipation of the heat, since an additional cooling hose integrated in the cable cross-section means that another barrier layer has to be overcome to transport the heat away. There are also hose-in-hose solutions that are not optimal due to the complex connection technology of the different hoses.
  • the single line includes an open support structure having a longitudinal extent, a braided conductor structure, and insulation.
  • the braided conductor directly encloses the open support structure along its length.
  • the insulation encases the open support structure and braided conductors.
  • At least one channel for a cooling fluid is present. This channel is formed by the support structure and the braided conductor.
  • the support structure and the braided conductor are penetrable for the cooling fluid.
  • the insulation is impenetrable to the cooling fluid and is electrically insulating. There is direct contact between the braided conductor and the cooling fluid.
  • the charging cables known from the prior art sometimes have insufficient charging capacity and/or sometimes insufficient cooling capacity and/or are restricted in terms of the cooling media used.
  • Another disadvantage known from the prior art in relation to the charging cable is the large cross-sections caused by additional cooling hoses.
  • a single line for a charging cable is provided.
  • the charging cable can be designed as a charging cable for electric vehicles.
  • the single line has a cooling hose.
  • a cooling medium can be guided in the cooling hose.
  • the individual line also has at least one non-insulated electrical conductor.
  • the at least one non-insulated electrical conductor is/is in a thermally conductive connection with the cooling tube in such a way that the at least one non-insulated electrical conductor can be cooled by the cooling medium.
  • a thermally conductive connection can be understood to mean a direct/direct or an indirect/indirect thermally conductive connection between the electrical conductor and the cooling hose.
  • a thermally conductive exchange can be established between the cooling hose (more precisely, the cooling medium that can be guided in the cooling hose) and the non-insulated electrical conductor via the thermally conductive connection medium are discharged, ie the electrical conductor can be directly cooled via the thermally conductive connection by means of the coolant that can be guided or guided in the cooling hose, for example, without insulation around the electrical conductor preventing the heat transfer and/or heat conduction deteriorated.
  • the at least one non-insulated electrical conductor can have a plurality of electrical conductors that are not insulated from one another or can be designed as a plurality of electrical conductors that are not insulated from one another.
  • the individual line can have a plurality of electrical conductors that are not insulated from one another (hereinafter also often referred to simply as “a plurality of electrical conductors” or “electrical conductors”).
  • the plurality of electrical conductors may be arranged around the cooling hose in the circumferential direction of the cooling hose.
  • the arrangement of the electrical conductors around the cooling hose cools the electrical conductors efficiently.
  • the single line for the charging cable and the corresponding charging cable can therefore be operated with a high charging power without causing excessive heating.
  • the electrical conductors have a larger surface area than a corresponding individual conductor. This is the Efficient cooling of the electrical conductors.
  • the cooling medium can be liquid or gaseous, for example.
  • the multiple electrical conductors can be in direct contact with the cooling hose.
  • the electrical conductors can be in direct/immediate contact with the outside/outer surface of the cooling hose. This leads to a particularly efficient cooling of the electrical conductors.
  • the multiple electrical conductors can be in indirect contact with the cooling medium.
  • the plurality of electrical conductors can be separated from the cooling medium by the cooling hose.
  • the indirect contact between the electrical conductors and the cooling medium means that the electrical conductors, e.g. the copper of such a conductor, are not directly surrounded by the cooling liquid. In this way, problems or risks due to direct contact between the cooling medium and electrical conductors are avoided.
  • the cooling medium does not necessarily have to be insulating and it does not necessarily have to be ensured that no conductive particles, for example through heat exchangers etc., get into the cooling circuit.
  • the cooling medium can be optimized in terms of its environmental compatibility.
  • the plurality of electrical conductors may be stranded, braided, or untwisted together around the cooling tube. With a braided or stranded arrangement around the cooling hose, the electrical conductors can be cooled even more efficiently. If the electrical conductors are not stranded around the cooling hose, the design can be particularly simple.
  • the at least one non-insulated electrical conductor can be arranged in the cooling hose.
  • the at least one non-insulated electrical conductor can be arranged inside the cooling hose.
  • the at least one non-insulated electrical conductor can be designed, for example, as a single electrical conductor or individual conductor.
  • the at least one non-insulated electrical conductor can be in direct contact with the cooling medium.
  • the cooling medium can be embodied as an electrically insulating (ie as a non-electrically conductive) cooling medium. Due to the direct contact between the cooling medium and the at least one non-insulated electrical conductor, the at least one electrical conductor can be cooled particularly efficiently.
  • the at least one non-insulated electrical Conductor may be in indirect contact with cooling hose.
  • the electrical conductor can be designed as a solid conductor or as a flexible strand.
  • the stranded wire can have several (non-insulated) individual conductors or individual wires or consist of several (non-insulated) individual conductors or individual wires.
  • the cooling hose can generally be a body extending in the longitudinal direction of the charging cable.
  • the body can have a cavity in which a cooling medium (can also be referred to as coolant) can circulate.
  • a cooling medium can also be referred to as coolant
  • the cooling hose is not limited to a specific cross-section.
  • the cooling hose can have a round, square or oval cross-section, for example.
  • the cooling hose can take the form of a hollow cylinder, but is not limited to such a form.
  • the cooling hose extends, for example, along the full length of the individual line.
  • the cooling hose is designed to be flexible, i.e. in particular not rigid.
  • the cooling tube is, for example, elastically bendable or deformable.
  • the cooling hose can be designed to be at least almost impervious or impenetrable for the cooling medium.
  • the cooling hose can be completely closed, for example, in the longitudinal direction and circumferential direction.
  • the cooling hose can have a jacket, so that the cooling hose forms a cavity for receiving the cooling medium in its interior.
  • the casing can be designed to be at least almost impervious or impenetrable for the cooling medium. In this way, the cooling medium can circulate in the cavity, but at least almost not penetrate the casing.
  • the electrical conductors arranged around the cooling hose do not come into contact with the cooling medium when the cooling hose, in particular the casing of the cooling hose, is in an undamaged state.
  • any cooling medium can therefore be used.
  • an undamaged cooling hose there is therefore no contact between the cooling medium and electrical conductors in the case of the individual line according to the first exemplary embodiment, and therefore there are no problems with contact between the cooling medium and electrical conductors.
  • the jacket of the cooling hose can enclose the cooling medium.
  • the electrical conductors may be external to the sheath, for example on the outside/outer surface of the sheath.
  • Both the cooling medium and the at least one electrical conductor can be surrounded by the sheathing.
  • the at least one electrical conductor for example the plurality of electrical conductors, can be in the form of copper conductors. Due to the high electrical conductivity of copper, the charging power of the charging cable can be high when the at least one electrical conductor is configured as a copper conductor.
  • the individual line can also have insulation.
  • the insulation can surround the at least one electrical conductor and the cooling hose.
  • the insulation can directly surround the plurality of electrical conductors.
  • the insulation can surround the plurality of electrical conductors and the cooling hose around which the plurality of electrical conductors are arranged.
  • the insulation can be in direct contact with the electrical conductors.
  • the insulation can be in direct/immediate contact with the cooling hose, for example the outside/the outer surface of the cooling hose.
  • the at least one electrical conductor for example the plurality of electrical conductors, can form a direct current wire.
  • the DC wire is used to transmit direct current in the charging cable.
  • the direct current wire can be one of the (two) direct current wires of a charging cable required for the transmission of direct current.
  • a charging cable is provided.
  • the charging cable is designed, for example, as a charging cable for electric vehicles.
  • the charging cable has a first individual line as is/was described herein and a second individual line as is/was described herein.
  • the charging cable has a first cooling hose (ie, the cooling hose of the first individual line) and a second cooling hose (ie, the cooling hose of the second individual line).
  • the charging cable can have a first individual line according to the first exemplary embodiment and/or according to the second exemplary embodiment and a second individual line according to the first exemplary embodiment and/or according to the second exemplary embodiment.
  • the charging cable can have an individual line according to the first exemplary embodiment as the first individual line and an individual line according to the first exemplary embodiment as the second individual line.
  • a plurality of electrical conductors are accordingly arranged around the first cooling hose in the circumferential direction of the first cooling hose.
  • a plurality of electrical conductors are respectively arranged around the second cooling hose in the circumferential direction of the second cooling hose.
  • the plurality of electrical conductors around the first cooling tube can form a positive DC wire.
  • the multiple electrical conductors around the second cooling tube can form a negative DC wire. Efficient direct current charging of electric vehicles can thus take place using the charging cable.
  • the charging cable can have an individual line according to the second exemplary embodiment as the first individual line and an individual line according to the second exemplary embodiment as the second individual line.
  • an electrical conductor is arranged inside the first cooling hose.
  • an electrical conductor is arranged in the interior of the second cooling hose.
  • the electrical conductor in the first cooling hose can form a positive direct current wire.
  • the electrical conductor in the second cooling tube can form a negative DC wire. Efficient direct current charging of electric vehicles can thus take place using the charging cable.
  • the first cooling hose (ie the cooling hose of the first individual line) can be designed as a feed and the second cooling hose (ie the cooling hose of the second individual line) can be designed as a return for the cooling medium.
  • the lead can also be referred to as the lead.
  • the return can also be referred to as a return line will.
  • the flow can represent a forward line to a connector cooling system and the return can represent a return line for cooling fluid from the connector cooling system.
  • the forward line can be understood to mean a duct or hose that leads away from a location with high fluid pressure.
  • the return line can be understood to mean a channel or hose that leads to a location with low fluid pressure.
  • the cooling fluid can be transported through the forward flow and back through the return flow.
  • the cooling fluid can be transported back or forth through both individual lines and back through additional hoses.
  • the cooling medium can, for example, be pumped as a cooling fluid through the individual lines and emerge at the end.
  • the first cooling hose and the second cooling hose can be designed as a feed for the cooling medium.
  • an additional return for the cooling medium can be arranged in the charging cable.
  • the first cooling hose and the second cooling hose can be designed as a return line for the cooling medium.
  • an additional lead for the cooling medium can be arranged in the charging cable.
  • the charging cable can have an outer sheath.
  • the outer sheath protects the charging cable and can therefore also be referred to as a protective sheath.
  • the common outer sheath holds the two individual cables together and protects them from abrasion and environmental influences, for example.
  • the outer jacket can also be thermally insulating. The thermal insulation is particularly advantageous when the cooling medium is in the form of a cooling fluid. The thermal insulation prevents the cooling fluid from freezing, for example.
  • the charging cable can have one or more conductors or one or more wires for charging with alternating current (AC conductors for short).
  • the charging cable can be used for AC charging of an electric vehicle.
  • the charging cable can be a combination cable that enables both DC and AC charging.
  • a possible design with three conductors/wires (conductor, neutral conductor, earth), five conductors/wires (three conductors, neutral conductor, earth) or seven conductors/wires (three conductors, neutral conductor, earth and two conductors for communication between an energy source, eg a charging station, and an energy sink, for example a battery of an electric vehicle or an electric vehicle).
  • the charging cable can have data lines.
  • the data lines can be designed for data transmission between an energy source/current source, for example a charging station, and an energy sink/current sink, for example a vehicle battery/a vehicle.
  • the energy source/current source and the energy sink/current sink can communicate with one another via the data lines.
  • the charging cable can have at least one sensor.
  • the at least one sensor can be designed as a temperature sensor.
  • the temperature sensor is designed to detect the temperature of the charging cable.
  • the temperature sensor can be designed as a sensor wire introduced into the charging cable, for example as a sensor wire braided or woven into the charging cable.
  • the charging cable can also have at least one second sensor.
  • the at least one second sensor can be designed to monitor a state of the charging cable and to communicate this to a user via an evaluation unit.
  • the charging cable can have at least two sensors. At least one of the at least two sensors can be designed as a temperature sensor.
  • the temperature sensor is designed to record the temperature of the charging cable.
  • the temperature sensor can be designed as a sensor wire introduced into the charging cable.
  • the temperature sensor can be braided or braided into the charging cable as a sensor wire. With the help of the temperature sensor, it is easy to determine and, if necessary, to monitor whether the charging cable is in an appropriate temperature range. For example, the charging cable can be monitored for overheating using the temperature sensor.
  • the inserted sensor wire can be flexibly braided into the line so that the line is not damaged as a result.
  • the temperature sensor and/or the at least one second sensor can be designed as a resistance-based/resistance-based sector sensor.
  • the at least one second sensor can be a sensor for measuring at least one further parameter that is different from the temperature.
  • the charging cable can have at least one sensor cable (at least one line) for measuring the temperature and at least one other parameter, or can be designed as such.
  • the charging cable and in particular the at least two sensors can be connected to an evaluation unit, for example wirelessly and/or by wire.
  • the evaluation unit can be an external evaluation unit, for example.
  • the evaluation unit can be connected to the charging cable via a cloud, for example, or can be designed as a cloud.
  • the evaluation unit can be designed to evaluate data recorded by the charging cable.
  • the evaluation unit can be designed, depending on the evaluated data, to warn of a possible failure and, if necessary, to react.
  • the charging cable can form a common charging system with the evaluation unit according to a third aspect of the invention.
  • a charging system according to a third aspect of the invention can have the charging cable and the evaluation unit.
  • the charging system can have the charging cable, an end connection and a plug.
  • the end connection can have a feed line for the cooling medium, which can introduce the cooling medium into at least one of the individual lines, more precisely into the cooling hose of at least one of the individual lines, and from another of the individual lines, more precisely into the cooling hose of another of the individual lines.
  • the connector is designed to be connected to the vehicle.
  • the plug can have a fluid return which can receive the cooling medium from the cooling hose of an individual line and lead it to the cooling hose of the other individual line.
  • a charging station can be provided with the charging cable according to the second aspect or with a charging system according to the third aspect.
  • FIG. 1 shows an exemplary embodiment of a single line
  • FIG. 2 shows a first exemplary embodiment of a charging cable with two individual lines according to FIG. 1;
  • FIG. 3 shows a second exemplary embodiment of a charging cable with two individual lines
  • FIG. 4 shows a third exemplary embodiment of a charging cable with two individual lines.
  • FIG. 1 shows an exemplary embodiment of an individual line 10 for a charging cable for electric vehicles.
  • the individual line 10 has a cooling hose 12 and a plurality of electrical conductors 16 which are not insulated from one another.
  • a cooling medium 14 can be guided in the cooling hose 12 .
  • the cooling hose 12 from FIG. 1 has, for example, a jacket, an outer jacket or an outer shell and an at least largely hollow interior.
  • the cooling medium 14 can be guided in the interior.
  • the outer jacket can also be referred to as an insulating sleeve and will also be referred to as such in the following.
  • the plurality of electrical conductors 16 are arranged around the cooling hose 12 in the circumferential direction of the cooling hose 12 .
  • the electrical conductors 16 are each in direct contact with the outside (the outer surface) of the cooling hose, for example the outside of the insulating sleeve of the cooling hose 12.
  • the cooling hose 12 is at least almost impervious to the cooling medium 14. This means that the cooling medium can be used in a normal, undamaged condition of the cooling hose 12 does not normally penetrate from the inside (the inner space) of the cooling hose 12 to the outside. In an undamaged state, the insulating sleeve of the cooling hose 12 is at least almost impervious to the cooling medium. The electrical conductors 16 therefore do not come into contact with the cooling medium 14 if the cooling hose 12 is undamaged.
  • the electrical conductors 16 can each have individual wires or stranded conductors or braids or be formed from these.
  • the insulation 18 serves, among other things, to electrically insulate the electrical conductors 16.
  • the electrical conductors 16 are copper conductors. Therefore, in the following with reference to FIGS. 2 to 4, reference is made in part to copper conductors 16.
  • FIG. 1 A first exemplary embodiment of a charging cable 100 is shown in FIG.
  • the charging cable 100 has a first individual line 10 from FIG. 1 and a second individual line 20 from FIG.
  • the charging cable 100 can optionally have AC lines. However, the AC lines can also be omitted. If no AC line is provided, the charging cable is designed as a DC charging cable. If, on the other hand, the two individual lines 10, 20 and AC lines are provided, the charging cable is designed as a combination charging cable for optional DC and AC charging.
  • One or more signal lines 30 are also arranged in the charging cable 100 .
  • a protective conductor 40 is arranged in the charging cable 100 .
  • the charging cable 100 is surrounded by an outer jacket 50 .
  • the charging cable 100 shown schematically in FIG. 2 can be used as a charging cable for electric vehicles.
  • the charging cable 100 is designed to enable a transmission power of, for example, up to 50 kW or up to 70 kW or up to 250 kW or up to 500 kW or up to 800 kW.
  • the cooling hose 12 of the first individual line 10 is designed as a supply line and the cooling hose 22 of the second individual line 20 is designed as a return line for the cooling medium.
  • the cooling medium is provided with the reference number 14 in the flow.
  • the cooling medium is provided with the reference number 24 in the return.
  • the plurality of electrical conductors 16 form the first individual line 10 form a positive direct current wire and the plurality of electrical conductors 26 of the second individual line 20 form a negative direct current wire. This is to be understood as purely exemplary and the invention is not limited to this example.
  • the special arrangement of the electrical conductors 16, e.g. copper conductors, around the respective cooling hose 12, 22 ensures the best possible or maximum heat dissipation.
  • the electrical conductors 16 e.g. copper conductors
  • the direct contact and the large number of electrical conductors 16, e.g. copper conductors, on the respective cooling hose 12, 22 ensure the best possible or maximum heat transfer.
  • the cooling medium 14 is separated from the electrical conductors 16 (the copper/the copper conductors 16) by the insulating sleeve of the respective cooling hose 12, 22.
  • any type of cooling medium can be used. This is advantageous compared to solutions which place electrical conductors, such as copper conductors, directly in a cooling liquid or have them surrounded by it. There is a risk here if the cooling liquid does not insulate completely / 100%. With the high voltages present, leakage currents can easily occur, for example through the cooling liquid, and thus losses in the energy transmission.
  • a second exemplary embodiment of a charging cable 100 is shown in FIG.
  • the structure of the charging cable 100 according to the second exemplary embodiment and the structure of the charging cable 100 according to the first exemplary embodiment from FIG. 2 essentially correspond. Differences are described below.
  • the charging cable 100 has a first individual line 10 and a second individual line 20 .
  • the individual lines 10, 20 in the charging cable 100 from FIG. 3 are designed differently than the individual line 10 from FIG.
  • the cooling tube 12 and the electrical conductor 16 run coaxially with the longitudinal axis of the individual line 10 as the common axis.
  • the non-insulated electrical conductor 16 it can be a solid conductor or a flexible stranded wire.
  • the electrical conductor 16 is surrounded by the cooling medium 14 .
  • the cooling medium is an electrically insulating (ie non-conductive) cooling medium 14 .
  • the cooling medium 14 is guided in the cooling hose 12 .
  • the cooling hose 12 therefore surrounds the cooling medium 14.
  • the cooling hose 12 is surrounded by insulation 18.
  • the second individual line 20 is constructed in accordance with the first individual line 10 .
  • the charging cable 100 can optionally have signal lines 30 . Furthermore, the charging cable can have AC lines, which, however, can also be dispensed with. If no AC line is provided, the charging cable 100 is designed as a DC charging cable. If, on the other hand, the two individual lines 10, 20 and an AC line are provided, the charging cable 100 is designed as a combination charging cable for either direct or alternating current charging. A protective conductor 40 is also arranged in the charging cable 100 . The charging cable 100 is surrounded by an outer jacket 50 .
  • the cooling hose 12 of the first individual line 10 is designed as a supply line and the cooling hose 22 of the second individual line 20 is designed as a return line for the cooling medium.
  • the cooling medium is provided with the reference number 14 in the flow.
  • the cooling medium is provided with the reference number 24 in the return.
  • the electrical conductor 16 of the first individual line 10 forms a positive DC wire and the electrical conductor 26 of the second individual line 20 forms a negative DC wire. This is to be understood as purely exemplary and the invention is not limited to this example.
  • FIG. 1 A third exemplary embodiment of a charging cable 100 is shown in FIG.
  • the charging cable 100 has a first individual line 10 and a second individual line 20 .
  • the individual lines 10, 20 from FIG. 4 correspond to the individual lines 10, 20 from FIG. 3. Differences from the second exemplary embodiment from FIG. 3 are described below.
  • the charging cable 100 can optionally have AC power lines. However, the AC lines can also be omitted. If no AC line is provided, the charging cable 100 is designed as a DC charging cable.
  • the charging cable 100 is designed as a combination charging cable for optional DC and AC charging.
  • the charging cable 100 also has a signal line 30, which is distributed over a number of individual lines, three in the example shown.
  • a protective conductor 40 is also arranged in the charging cable 100 .
  • the charging cable 100 is surrounded by an outer jacket 50 .
  • the cooling hose 12 of the first individual line 10 is designed as a feed line and the cooling hose 22 of the second individual line 20 is also designed as a feed line for the cooling medium.
  • the cooling medium is provided with the reference number 14.
  • the cooling medium is provided with the reference number 24.
  • the electrical conductor 16 of the first individual line 10 forms a positive DC wire and the electrical conductor 26 of the second individual line 20 forms a negative DC wire. This is to be understood as purely exemplary and the invention is not limited to this example.
  • the return is arranged in an additional hose 60 .
  • sensors for example one or more temperature sensors, can also be included in the charging cable 100 according to each of the three exemplary embodiments. This increases the safety of the charging cable 100 through targeted monitoring, for example temperature monitoring.
  • An improved line for charging electric vehicles is provided with the described charging cable 100 according to each of the exemplary embodiments.
  • Previously cooled charging lines which e.g. work with water-glycol as a cooling medium, have hoses twisted into the line structure. In some cases, several hoses are used here for the flow and return.
  • the number of hoses in the cable can at least be reduced, for example because extensive contact points between the insulating sleeve of the cooling hose(s) 12, 22 and the electrical conductors 16 make heat transfer more efficient.
  • the electrical conductor is in direct contact with the cooling medium. This means that an advantage of the exemplary embodiments from FIGS. 1 to 4 is the better or even optimal heat transfer compared to the prior art.
  • hose-in-hose solutions are not optimal due to the complex connection technology of the different hoses.
  • the surface temperature of the charging cable would also rise above the limit value of IEC 117 and potentially lead to injuries to the user when touching/handling the cable.
  • the thermal energy generated during charging must be dissipated with the help of a cooling line.
  • hoses are integrated into the cable construction, which extract the heat from the cable.
  • the medium in the cooling hoses can be gaseous or liquid.
  • conductive liquids e.g.
  • the number of cooling hoses is kept low.
  • only two cooling hoses 12, 14 are present in the complete charging cable 100 from FIGS.
  • no expensive or complicated connection technology for the hoses 12, 14 is necessary. This is advantageous compared to other lines, in which complex hose-in-hose cooling circuits are created.
  • the charging cable from figures 2 to 4 remains flexible, in order to be able to withstand normal bending loads, such as those defined in IEC 62440, and is optimally designed for the application of direct current charging, in particular fast charging, and the very high power transmission with active cooling required for this.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Einzelleitung für ein Ladekabel, beispielsweise für Elektrofahrzeuge, sowie ein Ladekabel mit solchen Einzelleitungen. Ein Ausführungsbeispiel der Einzelleitung (10) weist auf: einen Kühlschlauch (12), in dem ein Kühlmedium (14) führbar ist, und mindestens einen nicht isolierten elektrischen Leiter (16), wobei der mindestens eine nicht isolierte elektrische Leiter (16) derart mit dem Kühlschlauch (12) in wärmeleitender Verbindung steht, dass der mindestens eine nicht isolierte elektrische Leiter (16) von dem Kühlmedium (14) kühlbar ist.

Description

Gekühltes Ladekabel
Die Erfindung betrifft eine Einzelleitung für ein Ladekabel für Elektrofahrzeuge sowie ein Ladekabel mit solchen Einzelleitungen.
Elektrofahrzeuge werden für gewöhnlich an Ladestationen mit Hilfe von Ladekabeln geladen. Solche Ladekabel sind normalerweise an ihrem einen Ende mit der Ladestation verbunden und können für den Ladevorgang mit einem Elektrofahrzeug verbunden werden. Die maximale Ladeleistung zum Laden eines Elektrofahrzeugs (Elektroautos) hängt von mehreren Faktoren ab, wie beispielsweise der Ladeleistung des Elektroautos, der Ladestation und dem Ladekabel.
Elektrofahrzeuge können mit Hilfe von Wechselstrom (AC) (auch mit Hilfe von Drehstrom als Speziellem Wechselstrom) und/oder Gleichstrom (DC) geladen werden. Der über das Stromnetz zur Verfügung gestellte Strom ist stets Wechselstrom. Batterien, wie Batterien in einem Elektrofahrzeug, können jedoch nur Gleichstrom speichern. Für das Laden ist daher eine Umwandlung von Wechselstrom in Gleichstrom notwendig.
Eine Möglichkeit für eine solche Umwandlung ist eine Umwandlung im Elektrofahrzeug selbst. In diesem Fall befindet sich der hierfür nötige Wandler / Gleichrichter im Fahrzeug. Folglich wird in diesem Fall ausschließlich Wechselstrom von der Ladestation über das Ladekabel in das Fahrzeug übertragen. Der Wandler, oftmals in Form oder als Teil eines On-Board-Ladegeräts, im Fahrzeug wandelt den Wechselstrom in Gleichstrom um und lädt die Batterie / den Akkumulator des Fahrzeugs auf. Die meisten Elektroautos sind dafür geeignet, mit Wechselstrom geladen zu werden. Je nach verbautem Ladegerät kann die AC-Ladeleistung variieren. Beispielsweise laden manche Fahrzeuge lediglich mit 3,7 kW. Andere Fahrzeuge können mit bis zu 22 kW und damit deutlich schnell geladen werden. Generell stellen heutige Wechselstrom- Ladegeräte verschiedene Bereiche zwischen 16 A (3,7 kW) und 63 A (43 kW) bereit. Wechselstromladen bietet sich aufgrund der notwendigen Zeitdauer an, um ein Auto zu Hause oder bei der Arbeit über mehrere Stunden aufzuladen.
Beim Laden von Elektrofahrzeugen mit Gleichstrom (kurz Gleichstromladen) zum schnelleren Aufladen von Elektroautos (kurz Schnellladen) ist der Wandler / Gleichrichter in der Ladestation selbst zu finden. In diesem Fall erfolgt die Umwandlung also durch den Wandler / Gleichrichter in der Ladestation oder einem DC-Ladegerät außerhalb des Fahrzeugs. Das heißt, beim Gleichstromladen wandelt ein Gleichrichter in der Ladestation den Strom direkt um und lädt über das Ladekabel anschließend die Batterie des Elektroautos. Das bedeutet, Gleichstrom wird vom Ladegerät über das Ladekabel an das Fahrzeug übertragen und dort direkt unter Umgehung eines etwaigen Wandlers / Gleichrichters im Fahrzeug in den Fahrzeugakkumulator / die Fahrzeugbatterie eingespeist. Das Fahrzeug benötigt kein integriertes Gerät, um Wechselstrom in Gleichstrom umzuwandeln. Das eingesetzte Ladekabel muss daher Gleichstrom übertragen können. Je nach Ladeart unterscheiden sich auch die Stecker des Ladekabels. Sogenannten Schnellladestationen ermöglichen hohe Ladeleistungen von - je nach Fahrzeug - beispielsweise bis zu 50 kW, bis zu 70 kW oder sogar bis zu 250 kW. DC-Ladestationen und DC-Ladegeräte finden sich oft in der Nähe von Autobahnen oder an öffentlichen Ladestationen, an denen nicht viel Zeit zum Aufladen zur Verfügung steht.
Außer Elektrofahrzeug und Ladestation gibt es weitere Einflussfaktoren für die maximale Ladeleistung, wie z.B. die Temperatur und den Ladestand der Batterie.
Neben der Temperatur der Batterie spielt für die Ladeleistung und damit die Dauer des Ladevorgangs auch die Temperatur des Ladekabels eine Rolle. Generell führen Ladesysteme für hohe Ladeleistung zu starker Erwärmung. Insbesondere bei Ladekabeln mit kleineren Querschnitten kann es zu Problemen kommen. Normalerweise würden die kleineren Querschnitte nicht die nötige Leistung übertragen können, weil sie sich durch die Strombelastung zu schnell erwärmen würden. Dies könnte zur Überschreitung der maximal zulässigen Leitertemperatur nach EN 50620 oder IEC 62893 nach einer bestimmten Zeit führen. Der Ladevorgang müsste womöglich unterbrochen oder abgebrochen werden. Ferner werden die Leitungen in ihrer Lebensdauer geschädigt.
Darüber hinaus könnte ebenfalls die Oberflächentemperatur der Ladeleitung über den Grenzwert der IEC 117 steigen und ggf. zu Verletzungen des Anwenders bei Berührung/Handhabung des Ladekabels führen. Die beim Laden auftretende Wärmeenergie muss daher beispielsweise mit Hilfe einer Kühlleitung abgeführt werden. Ein heutiger Ansatz hierfür ist, Schläuche in die Kabelkonstruktion zu integrieren, welche die Wärme aus dem Kabel entziehen. Das Medium in den Kühlschläuchen kann gasförmig oder flüssig sein. In der Regel werden vermehrt leitende Flüssigkeiten (z.B. eine Wasser-Glykol Mischung) eingesetzt zur Kühlung im Thermomanagement- Prozess. Zur Beseitigung dieser Probleme wurde erwogen, Kühlschläuche auch aus dem Kabeldesign zu entfernen. Dies würde jedoch zu der Anwendung herkömmlicher Berechnungsmethoden bei der Leitungsdimensionierung führen und dadurch zu wesentlich größeren Leiterquerschnitten. Denn nur konventionell dimensionierte Leiterquerschnitte (z.B. nach VDE 0298-4) können ohne Kühlung die große Stromlast tragen, ohne das Kabel großartig zu erwärmen. Dieser Ansatz führte jedoch zu unhandlichen und ohne zusätzliche technische Unterstützung (z.B. Hebezeug oder Führungskran) nicht mehr einwandfrei bedienbaren Ladekabeln.
Heutzutage verfügbare Kühllösungen für Ladekabel sind von der Kühlleistung her nicht optimal, weil ein Kühlschlauch einen isolierten Leiter berührt und damit die Wärmeübertragung übernimmt. Die Isolierung verhindert jedoch eine besonders effiziente Wärmeübertragung und somit Ableitung der Wärme, da durch einen zusätzlich integrierten Kühlschlauch im Kabelquerschnitt eine weitere Barriereschicht zum Abtransport der Wärme überwunden werden muss. Zudem gibt es auch noch Schlauch in Schlauch Lösungen, die aufgrund der komplexen Anschlusstechnik der verschiedenen Schläuche nicht optimal sind.
Aus der EP 3 624 141 Al ist eine Einzelleitung für ein Ladekabel sowie ein Ladekabel mit solchen Einzelleitungen bekannt. Die Einzelleitung umfasst eine offene Stützstruktur mit einer Längsausdehnung, ein Leitergeflecht aus Leitern und eine Isolierung. Das Leitergeflecht umhüllt die offene Stützstruktur entlang ihrer Längsausdehnung unmittelbar. Die Isolierung umhüllt die offene Stützstruktur und das Leitergeflecht. Mindestens ein Kanal für ein Kühlfluid ist vorhanden. Dieser Kanal wird durch die Stützstruktur und das Leitergeflecht gebildet. Die Stützstruktur und das Leitergeflecht sind für das Kühlfluid durchdringbar. Die Isolierung ist für das Kühlfluid undurchdringbar und elektrisch isolierend. Es existiert ein direkter Kontakt von Leitergeflecht und Kühlfluid.
Die aus dem Stand der Technik bekannten Ladekabel haben teilweise ungenügende Ladeleistung und/oder teilweise ungenügende Kühlleistung und/oder sind eingeschränkt hinsichtlich der verwendeten Kühlmedien. Ein weiterer aus dem Stand der Technik bekannter Nachteil bezogen auf die Ladekabel sind große Querschnitte durch zusätzlich eingebrachte Kühlschläuche.
Es besteht daher das Bedürfnis, eine flexibel einsetzbare Einzelleitung sowie ein zugehöriges Ladekabel mit hoher Ladeleistung bereitzustellen. Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird eine Einzelleitung für ein Ladekabel bereitgestellt. Das Ladekabel kann als ein Ladekabel für Elektrofahrzeuge ausgebildet sein. Die Einzelleitung weist einen Kühlschlauch auf. In dem Kühlschlauch ist ein Kühlmedium führbar. Die Einzelleitung weist ferner mindestens einen nicht isolierten elektrischen Leiter auf. Der mindestens eine nicht isolierte elektrische Leiter ist/steht derart mit dem Kühlschlauch in wärmeleitender Verbindung, dass der mindestens eine nicht isolierte elektrische Leiter von dem Kühlmedium kühlbar ist.
Unter „nicht isoliert" ist in Bezug auf den mindestens einen nicht isolierten elektrischen Leiter zu verstehen, dass dieser nicht elektrisch isoliert ist. Unter wärmeleitender Verbindung kann eine direkte/unmittelbare oder eine indirekte/mittelbare wärmeleitende Verbindung zwischen dem elektrischen Leiter und Kühlschlauch verstanden werden. Über die wärmeleitende Verbindung kann ein wärmeleitender Austausch zwischen dem Kühlschlauch (genauer gesagt dem in dem Kühlschlauch führbaren Kühlmedium) und dem nicht isolierten elektrischen Leiter hergestellt werden. Aufgrund der wärmeleitenden Verbindung kann durch den elektrischen Leiter entstehende Wärme über das in dem Kühlschlauch führbare oder geführte Kühl medium abgeführt werden, d.h. der elektrische Leiter kann über die wärmeleitende Verbindung mittels des in dem Kühlschlauch führbaren oder geführten Kühlmediums beispielsweise direkt gekühlt werden, ohne dass eine Isolation um den elektrischen Leiter die Wärmeübertragung und/oder Wärmeableitung verschlechtert.
Gemäß einem ersten möglichen Ausführungsbeispiel kann der mindestens eine nicht isolierte elektrische Leiter mehrere, nicht voneinander isolierte elektrische Leiter aufweisen oder als mehrere, nicht voneinander isolierte elektrische Leiter ausgebildet sein. Anders ausgedrückt kann gemäß dem ersten möglichen Ausführungsbeispiel die Einzelleitung mehrere, nicht voneinander isolierte elektrische Leiter (nachfolgend oftmals auch nur kurz als „mehrere elektrische Leiter" oder „elektrische Leiter" bezeichnet) aufweisen. Die mehreren elektrischen Leiter können in Umfangsrichtung des Kühlschlauchs um den Kühlschlauch herum angeordnet sein.
Durch die Anordnung der elektrischen Leiter um den Kühlschlauch werden die elektrischen Leiter effizient gekühlt. Die Einzelleitung für das Ladekabel und das entsprechende Ladekabel können daher mit einer hohen Ladeleistung betrieben werden, ohne dass es zu einer starken Erwärmung kommt. Die elektrischen Leiter haben eine größere Oberfläche als ein entsprechender Einzelleiter. Dadurch ist die Kühlung der elektrischen Leiter effizient. Das Kühlmedium kann beispielsweise flüssig oder gasförmig sein.
Die mehreren elektrischen Leiter können in direktem Kontakt mit dem Kühlschlauch stehen. Beispielsweise können die elektrischen Leiter direkt/unmittelbar mit der Au- ßenseite/Außenoberfläche des Kühlschlauchs in Kontakt stehen. Dies führt zu einer besonders effizienten Kühlung der elektrischen Leiter. Die mehreren elektrischen Leiter können in indirektem Kontakt mit dem Kühlmedium stehen. Beispielsweise können die mehreren elektrischen Leiter von dem Kühlmedium durch den Kühlschlauch getrennt sein.
Der indirekte Kontakt zwischen den elektrischen Leitern und dem Kühlmedium führt dazu, dass die elektrischen Leiter, z.B. das Kupfer eines solchen Leiters, nicht direkt von der Kühlflüssigkeit umgeben werden. Auf diese Weise werden Probleme oder Risiken aufgrund eines direkten Kontakt zwischen Kühlmedium und elektrischen Leitern vermieden. Ferner muss das Kühlmedium nicht zwangsläufig isolierend sein und es muss nicht zwangsläufig darauf geachtet werden, dass keine leitende Partikel beispielsweise durch Wärmetauscher etc. in den Kühlkreislauf gelangen. Ferner kann das Kühlmedium auf seine Umweltverträglichkeit hin optimiert werden.
Die mehreren elektrischen Leiter können miteinander verseilt, verflochten oder unverseilt um den Kühlschlauch herum angeordnet sein. Bei einer verflochtenen oder verseilten Anordnung um den Kühlschlauch können die elektrischen Leiter noch effizienter gekühlt werden. Bei einer unverseilten Anordnung der elektrischen Leiter um den Kühlschlauch kann der Aufbau besonders einfach gestaltet werden.
Gemäß einem zweiten möglichen Ausführungsbeispiel kann der mindestens eine nicht isolierte elektrische Leiter in dem Kühlschlauch angeordnet sein. Beispielsweise kann der mindestens eine nicht isolierte elektrische Leiter im Inneren des Kühlschlauchs angeordnet sein. Der mindestens eine nicht isolierte elektrische Leiter kann beispielsweise als ein einziger elektrischer Leiter oder Einzelleiter ausgebildet sein.
Der mindestens eine nicht isolierte elektrische Leiter kann in direktem Kontakt mit dem Kühlmedium stehen. In diesem Fall kann das Kühlmedium als ein elektrisch isolierendes (d.h. als ein nicht elektrisch leitendes Kühlmedium) ausgebildet sein. Aufgrund des direkten Kontakts zwischen dem Kühlmedium und dem mindestens einen nicht isolierten elektrischen Leiter kann der mindestens eine elektrische Leiter besonders effizient gekühlt werden. Der mindestens eine nicht isolierte elektrische Leiter kann in indirektem Kontakt mit dem Kühlschlauch stehen. Der elektrische Leiter kann als Massivleiter oder als flexible Litze ausgebildet sein. Die Litze kann mehrere (nicht isolierte) Einzelleiter oder Einzeldrähte aufweisen oder aus mehreren (nicht isolierten) Einzelleitern oder Einzeldrähten bestehen.
Bei dem Kühlschlauch kann es sich allgemein um einen sich in Längsrichtung des Ladekabels erstreckenden Körper handeln. Der Körper kann einen Hohlraum aufweisen, in dem ein Kühlmedium (kann auch als Kühlmittel bezeichnet werden) zirkulieren kann. Der Kühlschlauch ist nicht auf einen bestimmten Querschnitt beschränkt. Der Kühlschlauch kann beispielsweise einen runden, eckigen oder ovalen Querschnitt haben. Der Kühlschlauch kann die Form eines Hohlzylinders annehmen, ist jedoch nicht auf eine solche Form beschränkt. Der Kühlschlauch erstreckt sich beispielsweise entlang der vollen Länge der Einzelleitung. Der Kühlschlauch ist flexibel ausgebildet, d.h. insbesondere nicht starr. Der Kühlschlauch ist beispielsweise elastisch biegbar oder verformbar.
Der Kühlschlauch kann für das Kühlmedium zumindest nahezu dicht oder undurchdringbar ausgebildet sein. Der Kühlschlauch kann hierfür beispielsweise in Längsrichtung und Umfangsrichtung vollständig geschlossen sein. Beispielsweise kann der Kühlschlauch eine Ummantelung aufweisen, so dass der Kühlschlauch in seinem Inneren einen Hohlraum zur Aufnahme des Kühlmediums bildet. Die Ummantelung kann für das Kühlmedium zumindest nahezu dicht oder undurchdringbar ausgebildet sein. Auf diese Weise kann das Kühlmedium in dem Hohlraum zirkulieren, die Ummantelung jedoch zumindest nahezu nicht durchdringen. Bei der Einzelleitung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel kommen dadurch die um den Kühlschlauch, beispielsweise die Ummantelung des Kühlschlauchs, angeordneten elektrischen Leiter nicht mit dem Kühlmedium in Kontakt, wenn sich der Kühlschlauch, insbesondere die Ummantelung des Kühlschlauchs, in einem unbeschädigten Zustand befindet. Es kann daher prinzipiell jedes Kühlmedium eingesetzt werden. Bei einem unbeschädigten Kühlschlauch kommt es bei der Einzelleitung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel daher zu keinem Kontakt zwischen Kühlmedium und elektrischen Leitern und daher zu keinen Problemen bei Kontakt zwischen Kühlmedium und elektrischen Leitern.
Bei der Einzelleitung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel kann die Ummantelung des Kühlschlauchs das Kühlmedium umgeben. Die elektrischen Leiter können sich außerhalb der Ummantelung, beispielsweise an der Außenseite/Außenoberfläche der Ummantelung, befinden. Bei der Einzelleitung gemäß dem zweiten Ausführungsbei- spiel können sowohl das Kühlmedium als auch der mindestens eine elektrische Leiter von der Ummantelung umgeben sein.
Der mindestens eine elektrische Leiter, beispielsweise die mehreren elektrischen Leiter, können als Kupferleiter ausgebildet sein. Aufgrund der hohen elektrischen Leitfähigkeit von Kupfer kann die Ladeleistung des Ladekabels bei einer Ausgestaltung des mindestens einen elektrischen Leiters als Kupferleiter hoch sein.
Die Einzelleitung kann ferner eine Isolation aufweisen. Die Isolation kann den mindestens einen elektrischen Leiter und den Kühlschlauch umgeben. Im Falle des ersten Ausführungsbeispiels kann die Isolation die mehreren elektrischen Leiter unmittelbar umgeben. Beispielsweise kann die Isolation im Falle des ersten Ausführungsbeispiels die mehreren elektrischen Leiter umgeben sowie den Kühlschlauch, um den die mehreren elektrischen Leiter angeordnet sind. Die Isolation kann beispielsweise bei der Einzelleitung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel mit den elektrischen Leitern direkt/unmittelbar in Kontakt stehen. Die Isolation kann beispielsweise bei der Einzelleitung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel mit dem Kühlschlauch, beispielsweise der Außenseite/der Außenoberfläche des Kühlschlauchs, direkt/unmittelbar in Kontakt stehen.
Der mindestens eine elektrische Leiter, beispielsweise die mehreren elektrischen Leiter, kann eine Gleichstromader bilden. Die Gleichstromader dient zur Übertragung von Gleichstrom in dem Ladekabel. Beispielsweise kann die Gleichstromader eine der zur Übertragung von Gleichstrom nötigen (zwei) Gleichstromadern eines Ladekabels sein.
Gemäß einem zweiten Aspekt wird ein Ladekabel bereitgestellt. Das Ladekabel ist beispielsweise als Ladekabel für Elektrofahrzeuge ausgebildet. Das Ladekabel weist eine erste Einzelleitung, wie sie hierin beschrieben wird/wurde, und eine zweite Einzelleitung auf, wie sie hierin beschrieben wird/wurde. Demgemäß weist das Ladekabel einen ersten Kühlschlauch (d.h. den Kühlschlauch der ersten Einzelleitung) und einen zweiten Kühlschlauch auf (d.h. den Kühlschlauch der zweiten Einzelleitung). Anders ausgedrückt kann das Ladekabel eine erste Einzelleitung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel und/oder gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel und eine zweite Einzelleitung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel und/oder gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel aufweisen. Gemäß einer ersten Variante des Ladekabels kann das Ladekabel als erste Einzelleitung eine Einzelleitung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel und als zweite Einzelleitung eine Einzelleitung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel aufweisen. In diesem Fall sind mehrere elektrische Leiter dementsprechend in Umfangsrichtung des ersten Kühlschlauchs um den ersten Kühlschlauch herum angeordnet. Mehrere elektrische Leiter sind entsprechend in Umfangsrichtung des zweiten Kühlschlauchs um den zweiten Kühlschlauch herum angeordnet.
Die mehreren elektrischen Leiter um den ersten Kühlschlauch können eine positive Gleichstromader bilden. Die mehreren elektrischen Leiter um den zweiten Kühlschlauch können eine negative Gleichstromader bilden. Somit kann ein effizientes Gleichstromladen von Elektrofahrzeugen mittels des Ladekabels erfolgen.
Gemäß einer zweiten Variante des Ladekabels kann das Ladekabel als erste Einzelleitung eine Einzelleitung gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel und als zweite Einzelleitung eine Einzelleitung gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel aufweisen. In diesem Fall ist ein elektrischer Leiter im Inneren des ersten Kühlschlauchs angeordnet. Ferner ist entsprechend ein elektrischer Leiter im Inneren des zweiten Kühlschlauchs angeordnet.
Der elektrische Leiter in dem ersten Kühlschlauch kann eine positive Gleichstromader bilden. Der elektrische Leiter in dem zweiten Kühlschlauch kann eine negative Gleichstromader bilden. Somit kann ein effizientes Gleichstromladen von Elektrofahrzeugen mittels des Ladekabels erfolgen.
Beispielsweise können mit dem Ladekabel gemäß der ersten Variante und gemäß der zweiten Variante Ströme von hundert Ampere (A), oder mehreren hundert Ampere, beispielsweise von bis zu ca. 500 A, übertragen werden, ohne dass es - bei intakter Kühlung - zu einer nennenswerten Erwärmung der Einzelleitungen und/oder des Ladekabels kommt. Das heißt, trotz relativ kleiner/geringer Querschnitte der Einzelleitungen kann eine hohe Leistung von der Ladestation ins Fahrzeug (und damit an die Batterie) übertragen werden.
Der erste Kühlschlauch (d.h. der Kühlschlauch der ersten Einzelleitung) kann als ein Vorlauf und der zweite Kühlschlauch (d.h. der Kühlschlauch der zweiten Einzelleitung) kann als ein Rücklauf für das Kühlmedium ausgebildet sein. Dadurch kann das Kühlmedium vollständig in dem Ladekabel zirkulieren. Der Vorlauf kann auch als Hinleitung bezeichnet werden. Der Rücklauf kann auch als Rückleitung bezeichnet werden. Beispielsweise kann der Vorlauf eine Hinleitung zu einer Steckerkühlung darstellen und kann der Rücklauf eine Rückleitung für Kühlfluid aus der Steckerkühlung darstellen. Unter der Hinleitung kann ein Kanal oder Schlauch verstanden werden, der von einem Ort mit hohem Fluiddruck wegführt. Unter der Rückleitung kann ein Kanal oder ein Schlauch verstanden werden, der zu einem Ort mit tiefem Fluiddruck hinführt. Durch den Vorlauf kann das Kühlfluid hin und durch den Rücklauf zurück transportiert werden.
Alternativ kann das Kühlfluid durch beide Einzelleitungen hin oder zurück transportiert werden und durch weitere Schläuche zurück transportiert. Ferner kann das Kühlmedium z.B. als ein Kühlfluid durch die Einzelleitungen gepumpt werden und am Ende austreten.
Ferner können beispielsweise der erste Kühlschlauch und der zweite Kühlschlauch als ein Vorlauf für das Kühlmedium ausgebildet sein. In diesem Fall kann beispielsweise ein zusätzlicher Rücklauf für das Kühlmedium in dem Ladekabel angeordnet sein. Alternativ können beispielsweise der erste Kühlschlauch und der zweite Kühlschlauch als ein Rücklauf für das Kühlmedium ausgebildet sein. In diesem Fall kann beispielsweise ein zusätzlicher Vorlauf für das Kühlmedium in dem Ladekabel angeordnet sein.
Das Ladekabel kann einen Außenmantel aufweisen. Der Außenmantel schützt das Ladekabel und kann daher auch als Schutzmantel bezeichnet werden. Der gemeinsame Außenmantel hält die beiden Einzelleitungen zusammen und schützt sie beispielsweise vor Abrieb und Umwelteinflüssen. Der Außenmantel kann außerdem wärmeisolierend sein. Die Wärmeisolierung ist insbesondere dann von Vorteil, wenn das Kühlmedium als Kühlfluid ausgebildet ist. Die Wärmeisolierung verhindert beispielsweise ein Einfrieren des Kühlfluids.
Das Ladekabel kann einen oder mehrere Leiter oder eine oder mehrere Adern für das Laden mit Wechselstrom (kurz Wechselstromleiter) aufweisen. Mittels des einen oder der mehreren Leiter für Wechselstrom kann das Ladekabel zum Wechselstromladen eines Elektrofahrzeugs verwendet werden. Beispielsweise kann das Ladekabel ein Kombinationskabel sein, mit dem sowohl Gleichstrom- als auch Wechselstromladen ermöglicht wird. Rein beispielhaft seien hier eine mögliche Ausgestaltung mit drei Leitern/ Adern (Leiter, Null-Leiter, Erdung), fünf Leitern/ Adern (drei Leiter, Nullleiter, Erdung) oder sieben Leitern/ Adern (drei Leiter, Nullleiter, Erdung sowie zwei Leiter für die Kommunikation zwischen einer Energiequelle, z.B. einer Ladestation, und einer Energiesenke, z.B. einer Batterie eines Elektrofahrzeugs oder einem Elektrofahrzeug) genannt. Zusätzlich oder alternativ kann das Ladekabel Datenleitungen aufweisen. Die Datenleitungen können ausgebildet sein zur Datenübertragung zwischen einer Energiequelle/Stromquelle, z.B. einer Ladestation, und einer Energiesen- ke/Stromsenke, z.B. einer Fahrzeugbatterie / einem Fahrzeug. Über die Datenleitungen können die Energiequelle/Stromquelle und die Energiesenke/Stromsenke miteinander kommunizieren.
Das Ladekabel kann mindestens einen Sensor aufweisen. Der mindestens eine Sensor kann als Temperatursensor ausgebildet sein. Der Temperatursensor ist ausgebildet, die Temperatur des Ladekabels zu erfassen. Der Temperatursensor kann als eine in das Ladekabel eingebrachte, beispielsweise als eine in das Ladekabel eingeflochtene oder verflochtene, Sensorader ausgebildet sein.
Das Ladekabel kann ferner mindestens einen zweiten Sensor aufweisen. Der mindestens eine zweite Sensor kann dazu ausgebildet sein, einen Zustand des Ladekabels zu überwachen und diesen über eine Auswerteeinheit an einen Benutzer zu kommunizieren.
In einem Ausführungsbeispiel kann das Ladekabel mindestens zwei Sensoren aufweisen. Zumindest einer der mindestens zwei Sensoren kann als ein Temperatursensor ausgebildet sein. Der Temperatursensor ist dazu ausgebildet, die Temperatur des Ladekabels zu erfassen. Der Temperatursensor kann als eine in das Ladekabel eingebrachte Sensorader ausgebildet sein. Beispielsweise kann der Temperatursensor als Sensorader in das Ladekabel eingeflochten oder verflochten sein/werden. Mit Hilfe des Temperatursensors lässt sich auf einfache Weise bestimmen und ggf. überwachen, ob sich das Ladekabel in einem angemessenen Temperaturbereich befindet. Beispielsweise lässt sich das Ladekabel mittels des Temperatursensors auf ein Überhitzen überwachen. Die eingebrachte Sensorader kann flexibel in die Leitung verflochten werden/sein, sodass die Leitung dadurch nicht beschädigt wird.
Der Temperatursensor und/oder der mindestens eine zweite Sensor können als widerstandsbasierender / widerstandsbasierter Sektorsensor ausgebildet sein. Bei dem mindestens einen zweiten Sensor kann es sich um einen Sensor zur Messung zumindest eines weiteren, von der Temperatur verschiedenen Parameters ausgebildet sein. Beispielsweise kann das Ladekabel mindestens ein Sensorkabel (mindestens eine Leitung) zur Messung der Temperatur und mindestens eines weiteren Parameters aufweisen oder als solches ausgebildet sein. Das Ladekabel und insbesondere die mindestens zwei Sensoren können, z.B. drahtlos und/oder drahtgebunden, mit einer Auswerteeinheit verbunden sein. Bei der Auswerteeinheit kann es sich beispielsweise um eine externe Auswerteeinheit handeln. Die Auswerteeinheit kann beispielsweise über eine Cloud mit dem Ladekabel verbunden sein oder als Cloud ausgebildet sein. Die Auswerteeinheit kann ausgebildet sein, um von dem Ladekabel erfasste Daten auszuwerten. Die Auswerteeinheit kann ausgebildet sein, in Abhängigkeit der ausgewerteten Daten vor einem möglichen Ausfall zu warnen und ggf. zu reagieren.
Das Ladekabel kann mit der Auswerteeinheit ein gemeinsames Ladesystem gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung bilden. Anders ausgedrückt, kann ein Ladesystem gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung das Ladekabel und die Auswerteeinheit aufweisen. Alternativ oder zusätzlich zu der Auswerteeinheit kann das Ladesystem das Ladekabel, einen Endanschluss und einen Stecker aufweisen. Der Endanschluss kann eine Zuführung für das Kühlmedium aufweisen, welche das Kühlmedium zumindest in eine der Einzelleitungen einführen kann, genauer gesagt in den Kühlschlauch zumindest einer der Einzelleitungen, und aus einer anderen der Einzelleitungen, genauer gesagt dem Kühlschlauch einer anderen der Einzelleitungen, aufnehmen kann. Der Stecker ist ausgebildet, mit dem Fahrzeug verbunden zu werden. Der Stecker kann neben den elektrischen Kontakten zur elektrischen Verbindung der vorhandenen elektrischen Leiter mit Leitungen des Fahrzeugs eine Fluidrückführung aufweisen, welche das Kühlmedium aus dem Kühlschlauch einer Einzelleitung aufnehmen und zu dem Kühlschlauch der anderen Einzelleitung führen kann.
Ferner kann gemäß einem vierten Aspekt eine Ladestation mit dem Ladekabel gemäß dem zweiten Aspekt oder mit einem Ladesystem gemäß dem dritten Aspekt bereitgestellt werden.
Auch wenn einige der voranstehend beschriebenen Aspekte in Bezug auf die Einzelleitung gemäß dem ersten Aspekt beschrieben wurden, so können diese Aspekte auch in entsprechender Weise in dem Ladekabel gemäß dem zweiten Aspekt, dem Ladesystem gemäß dem dritten Aspekt und/oder der Ladestation gemäß dem vierten Aspekt realisiert sein/werden und umgekehrt.
Die vorliegende Erfindung soll weiter anhand von Figuren erläutert werden. Diese Figuren zeigen schematisch: Figur 1 ein Ausführungsbeispiel einer Einzelleitung;
Figur 2 ein erstes Ausführungsbeispiel eines Ladekabels mit zwei Einzelleitungen gemäß Figur 1;
Figur 3 ein zweites Ausführungsbeispiel eines Ladekabels mit zwei Einzelleitungen; und
Figur 4 ein drittes Ausführungsbeispiel eines Ladekabels mit zwei Einzelleitungen.
Im Folgenden werden, ohne hierauf beschränkt zu sein, spezifische Details dargelegt, um ein vollständiges Verständnis der vorliegenden Erfindung zu liefern. Es ist einem Fachmann jedoch klar, dass die vorliegende Erfindung in anderen Ausführungsbeispielen verwendet werden kann, die von den nachfolgend dargelegten Details abweichen können. Die Figuren dienen ferner lediglich zum Zwecke der Verdeutlichung von Ausführungsbeispielen. Sie sind nicht maßstabsgetreu und sollen lediglich das allgemeine Konzept der Erfindung beispielhaft widerspiegeln. Beispielsweise sollen Merkmale, die in den Figuren enthalten sind, keineswegs als notwendiger Bestandteil erachtet werden.
Figur 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Einzelleitung 10 für ein Ladekabel für Elektrofahrzeuge. Die Einzelleitung 10 weist einen Kühlschlauch 12 und mehrere, nicht voneinander isolierte elektrische Leiter 16 auf. In dem Kühlschlauch 12 ist ein Kühlmedium 14 führbar. Genauer gesagt weist der Kühlschlauch 12 aus Figur 1 beispielhaft eine Ummantelung, einen Außenmantel oder eine Außenhülle und einen zumindest weitestgehend hohlen Innenraum auf. In dem Innenraum ist das Kühlmedium 14 führbar. Der Außenmantel kann auch als Isolierhülle bezeichnet werden und wird im Folgenden auch hauptsächlich als solche bezeichnet werden.
Die mehreren elektrischen Leiter 16 sind in Umfangsrichtung des Kühlschlauchs 12 um den Kühlschlauch 12 herum angeordnet. In dem Beispiel aus Figur 1 sind die elektrischen Leiter 16 jeweils in direktem Kontakt mit der Außenseite (der äußeren Oberfläche) des Kühlschlauchs, beispielsweise der Außenseite der Isolierhülle des Kühlschlauchs 12.
Der Kühlschlauch 12 ist zumindest nahezu dicht für das Kühlmedium 14. Das heißt, das Kühlmedium kann in einem normalen, unbeschädigten Zustand des Kühl- schlauchs 12 normalerweise nicht aus dem Inneren (dem Innenraum) des Kühlschlauchs 12 nach außen dringen. Die Isolierhülle des Kühlschlauchs 12 ist in einem unbeschädigten Zustand für das Kühlmedium zumindest nahezu dicht / undurchdringbar. Die elektrischen Leiter 16 kommen bei einem unbeschädigten Kühlschlauch 12 daher nicht mit dem Kühlmedium 14 in Kontakt.
Die elektrischen Leiter 16 können jeweils Einzeldrähte oder Litzenleiter oder Geflechte aufweisen oder aus diesen gebildet sein. Die elektrischen Leiter 16, genauer gesagt die Gesamtheit der elektrischen Leiter 16 (nicht jeder der Leiter selbst), ist von einer Isolation 18 umgeben. Die Isolation 18 dient u.a. der elektrischen Isolierung der elektrischen Leiter 16.
Im Folgenden wird in Bezug auf Figuren 2 bis 4 beispielhaft angenommen, dass die elektrischen Leiter 16 Kupferleiter sind. Daher wird im Folgenden in Bezug auf die Figuren 2 bis 4 teilweise von Kupferleitern 16 gesprochen.
In Figur 2 ist ein erstes Ausführungsbeispiel eines Ladekabels 100 gezeigt. Das Ladekabel 100 weist eine erste Einzelleitung 10 aus Figur 1 und eine zweite Einzelleitung 20 aus Figur 1 auf. Ferner kann das Ladekabel 100 optional Wechselstromleitungen aufweisen. Auf die Wechselstromleitungen kann jedoch auch verzichtet werden. Ist keine Wechselstromleitung vorgesehen, so ist das Ladekabel als Gleichstromladekabel ausgebildet. Sind hingegen die zwei Einzelleitungen 10, 20 sowie Wechselstromleitungen vorgesehen, so ist das Ladekabel als Kombinationsladekabel für wahlweises Gleich- und Wechselstromladen ausgebildet. In dem Ladekabel 100 sind ferner eine oder mehrere Signalleitungen 30 angeordnet. Ferner ist in dem Ladekabel 100 ein Schutzleiter 40 angeordnet. Das Ladekabel 100 ist von einem Außenmantel 50 umgeben.
Das in Figur 2 schematisch dargestellte Ladekabel 100 kann als Ladekabel für Elektrofahrzeuge verwendet werden. Für diesen Anwendungsfall ist das Ladekabel 100 ausgebildet, eine Übertragungsleistung von beispielsweise bis zu 50 kW oder bis zu 70 kW oder bis zu 250 kW oder bis zu 500 kW oder bis zu 800 kW zu ermöglichen.
Rein beispielhaft ist der Kühlschlauch 12 der ersten Einzelleitung 10 als ein Vorlauf und der Kühlschlauch 22 der zweiten Einzelleitung 20 als ein Rücklauf für das Kühlmedium ausgebildet. In dem Vorlauf ist das Kühlmedium mit dem Bezugszeichen 14 versehen. In dem Rücklauf ist das Kühlmedium mit dem Bezugszeichen 24 versehen. Ferner bilden beispielhaft die mehreren elektrischen Leiter 16 der ersten Einzelleitung 10 eine positive Gleichstromader und bilden die mehreren elektrischen Leiter 26 der zweiten Einzelleitung 20 eine negative Gleichstromader bilden. Dies ist als rein beispielhaft zu verstehen und die Erfindung ist nicht auf dieses Beispiel beschränkt.
Durch die spezielle Anordnung der elektrischen Leiter 16, z.B. Kupferleiter, um den jeweiligen Kühlschlauch 12, 22 wird eine bestmögliche oder maximale Wärmeableitung gewährleistet. Anders als beim Einsatz von Kühlschläuchen, die in die Leitergeometrie einverseilt werden, sind bei den Ausführungsbeispielen aus Figuren 1 und 2 mehr Berührungspunkte am Kühlkörper (Schlauch) vorhanden. Es ist keine zusätzliche Isolierung zwischen den elektrischen Leitern 16 (dem Kupfer / den Kupferleitern 16) und dem direkten Kontakt zum jeweiligen Kühlschlauch 12, 14 vorhanden. Durch den direkten Kontakt und die Vielzahl der elektrischen Leiter 16, z.B. Kupferleiter, am jeweiligen Kühlschlauch 12, 22 ist eine bestmögliche oder maximale Wärmeübertragung gegeben. Dennoch ist das Kühlmedium 14 durch die Isolierhülle des jeweiligen Kühlschlauchs 12, 22 von den elektrischen Leitern 16 (dem Kupfer / den Kupferleitern 16) getrennt. Damit kann jede Art von Kühlmedium eingesetzt werden. Dies ist vorteilhaft gegenüber Lösungen, welche elektrische Leiter, wie Kupferleiter, direkt in eine Kühlflüssigkeit legen oder von dieser umgeben lassen. Hier besteht ein Risiko, wenn die Kühlflüssigkeit nicht vollständig / 100%ig isoliert. Bei den vorliegenden hohen Spannungen kann es leicht zu Ableitströmen beispielsweise durch die Kühlflüssigkeit kommen und somit zu Verlusten in der Energieübertragung.
Das heißt, die effektiveren Lösungen im Stand der Technik kühlen den Leiter zwar direkt, d.h. das Kupfer wird umgeben von der Kühlflüssigkeit. Dies kann jedoch zu Problemen und Risiken führen. Die Flüssigkeit muss isolierend sein und es dürfen keine leitenden Partikel beispielsweise durch Wärmetauscher etc. in den Kühlkreislauf kommen. Ferner ist die Umweltverträglichkeit bei Ölen nicht ausreichend gut.
In Figur 3 ist ein zweites Ausführungsbeispiel eines Ladekabels 100 gezeigt. Im Wesentlichen entsprechen sich der Aufbau des Ladekabels 100 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel und der Aufbau des Ladekabels 100 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel aus Figur 2. Unterschiede werden im Folgenden beschrieben. Das Ladekabel 100 weist eine erste Einzelleitung 10 und eine zweite Einzelleitung 20 auf. Die Einzelleitungen 10, 20 in dem Ladekabel 100 aus Figur 3 sind anders ausgestaltet als die Einzelleitung 10 aus Figur 1. Im Inneren der Einzelleitung 10 ist ein nicht isolierter elektrischer Leiter 16 angeordnet. In der Einzelleitung 10 verlaufen der Kühlschlauch 12 und der elektrische Leiter 16 koaxial mit der Längsachse der Einzelleitung 10 als gemeinsamer Achse. Bei dem nicht isolierten elektrischen Leiter 16 kann es sich um einen Massivleiter oder um eine flexible Litze handeln. Der elektrische Leiter 16 ist von dem Kühlmedium 14 umgeben. In diesem Fall handelt es sich bei dem Kühlmedium um ein elektrisch isolierendes (d.h. nicht leitfähiges) Kühlmedium 14. Das Kühlmedium 14 wird in dem Kühlschlauch 12 geführt. Der Kühlschlauch 12 umgibt daher das Kühlmedium 14. Der Kühlschlauch 12 ist von einer Isolation 18 umgeben. Die zweite Einzelleitung 20 ist entsprechend der ersten Einzelleitung 10 aufgebaut.
Ferner kann das Ladekabel 100 optional Signalleitungen 30 aufweisen. Ferner kann das Ladekabel Wechselstromleitungen aufweisen, auf welche jedoch auch verzichtet werden kann. Ist keine Wechselstromleitung vorgesehen, so ist das Ladekabel 100 als Gleichstromladekabel ausgebildet. Sind hingegen die zwei Einzelleitungen 10, 20 sowie eine Wechselstromleitung vorgesehen, so ist das Ladekabel 100 als Kombinationsladekabel für wahlweises Gleich- und Wechselstromladen ausgebildet. In dem Ladekabel 100 ist ferner ein Schutzleiter 40 angeordnet. Das Ladekabel 100 ist von einem Außenmantel 50 umgeben.
Rein beispielhaft ist der Kühlschlauch 12 der ersten Einzelleitung 10 als ein Vorlauf und der Kühlschlauch 22 der zweiten Einzelleitung 20 als ein Rücklauf für das Kühlmedium ausgebildet. In dem Vorlauf ist das Kühlmedium mit dem Bezugszeichen 14 versehen. In dem Rücklauf ist das Kühlmedium mit dem Bezugszeichen 24 versehen. Ferner bildet beispielhaft der elektrische Leiter 16 der ersten Einzelleitung 10 eine positive Gleichstromader und bildet der elektrischen Leiter 26 der zweiten Einzelleitung 20 eine negative Gleichstromader. Dies ist als rein beispielhaft zu verstehen und die Erfindung ist nicht auf dieses Beispiel beschränkt.
In Figur 4 ist ein drittes Ausführungsbeispiel eines Ladekabels 100 gezeigt. Das Ladekabel 100 weist eine erste Einzelleitung 10 und eine zweite Einzelleitung 20 auf. Die Einzelleitungen 10, 20 aus Figur 4 entsprechen den Einzelleitungen 10, 20 aus Figur 3. Unterschiede zu dem zweiten Ausführungsbeispiel aus Figur 3 werden nachfolgenden beschrieben.
Das Ladekabel 100 kann optional Wechselstromleitungen aufweisen. Auf die Wechselstromleitungen kann jedoch auch verzichtet werden. Ist keine Wechselstromleitung vorgesehen, so ist das Ladekabel 100 als Gleichstromladekabel ausgebildet.
Sind hingegen die zwei Einzelleitungen 10, 20 sowie eine Wechselstromleitung vorgesehen, so ist das Ladekabel 100 als Kombinationsladekabel für wahlweises Gleich- und Wechselstromladen ausgebildet. In dem Beispiel aus Figur 4 weist das Ladekabel 100 ferner eine Signalleitung 30 auf, die auf mehrere, in dem gezeigten Beispiel auf drei, Einzelleitungen verteilt ist. In dem Ladekabel 100 ist ferner ein Schutzleiter 40 angeordnet. Das Ladekabel 100 ist von einem Außenmantel 50 umgeben.
Rein beispielhaft ist der Kühlschlauch 12 der ersten Einzelleitung 10 als ein Vorlauf und der Kühlschlauch 22 der zweiten Einzelleitung 20 ebenfalls als ein Vorlauf für das Kühlmedium ausgebildet. In dem Vorlauf der ersten Einzelleitung 10 ist das Kühlmedium mit dem Bezugszeichen 14 versehen. In dem Vorlauf der zweiten Einzelleitung 20 ist das Kühlmedium mit dem Bezugszeichen 24 versehen. Ferner bildet beispielhaft der elektrische Leiter 16 der ersten Einzelleitung 10 eine positive Gleichstromader und bildet der elektrische Leiter 26 der zweiten Einzelleitung 20 eine negative Gleichstromader. Dies ist als rein beispielhaft zu verstehen und die Erfindung ist nicht auf dieses Beispiel beschränkt. Der Rücklauf ist in einem zusätzlichen Schlauch 60 angeordnet.
In dem Ladekabel 100 gemäß jedem der drei Ausführungsbeispiele können darüber hinaus Sensoren (nicht gezeigt), beispielsweise einer oder mehrere Temperatursensoren, mit eingebracht sein / werden. Dies erhöht die Sicherheit des Ladekabels 100 durch gezielte Überwachung, beispielsweise Temperaturüberwachung.
Mit dem beschriebenen Ladekabel 100 gemäß jedem der Ausführungsbeispiele wird eine verbesserte Leitung für das Laden von Elektrofahrzeugen bereitgestellt. Bisherige gekühlte Ladeleitungen, welche z.B. mit Wasser-Glykol als Kühlmedium arbeiten, haben Schläuche einverseilt in den Leitungsaufbau. Zum Teil werden hier mehrere Schläuche eingesetzt für den Vor- und Rücklauf. Mit den beschriebenen Ausführungsbeispielen gemäß Figuren 1 und 2 kann die Vielzahl an Schläuchen im Kabel zumindest verringert werden, beispielsweise weil flächendeckende Berührungspunkte zwischen Isolierhülle des/der Kühlschlauchs/Kühlschläuche 12, 22 und den elektrischen Leitern 16 die Wärmeübertragung effizienter machen. Mit den Ausführungsbeispielen gemäß Figuren 3 und 4 steht der elektrische Leiter in direktem Kontakt mit dem Kühlmedium. Das heißt, ein Vorteil der Ausführungsbeispiele aus den Figuren 1 bis 4 ist die gegenüber dem Stand der Technik bessere oder sogar optimale Wärmeübertragung.
Anders ausgedrückt, einige bekannte Lösungen sind von der Kühlleistung her nicht optimal, weil ein Schlauch einen isolierten Leiter berührt und damit die Wärmeübertragung übernimmt. Bekannte Schlauch-in-Schlauch Lösungen sind aufgrund der komplexen Anschlusstechnik der verschiedenen Schläuche nicht optimal. Darüber hinaus würde ebenfalls die Oberflächentemperatur der Ladeleitung über den Grenzwert der IEC 117 steigen und potentiell zu Verletzungen des Anwenders bei Berüh- rung/Handhabung des Kabels führen. Die beim Laden auftretende Wärmeenergie muss mit Hilfe einer Kühlleitung abgeführt werden. Dazu werden Schläuche in die Kabelkonstruktion integriert, welche die Wärme aus dem Kabel entziehen. Das Medium in den Kühlschläuchen kann gasförmig oder flüssig sein. In der Regel werden vermehrt leitende Flüssigkeiten (z.B. eine Wasser-Glykol Mischung) eingesetzt zur Kühlung im Thermomanagement-Prozess. Würden die Kühlschläuche auch aus dem Kabeldesign entfernt, würde dies zur herkömmlichen Berechnungsmethode bei der Leitungsdimensionierung und dadurch zu wesentlich größeren Leiterquerschnitten führen. Nur konventionell dimensionierte Leiterquerschnitte (z.B. nach VDE 0298-4) können die große Stromlast tragen, ohne das Kabel spürbar zu erwärmen. Das wäre aber viel zu unhandlich und nicht mehr einwandfrei bedienbar ohne zusätzliche technische Unterstützung (z.B. Hebezeug oder Führungskran).
Mittels der gekühlten Einzelleitung 10 aus Figur 1 und des gekühlten Ladekabels 100 aus Figuren 2 bis 4 ist es hingegen möglich, trotz kleineren Querschnitten eine hohe Leistung von der Ladestation ins Fahrzeug (und damit an die Batterie) zu übertragen. Normalerweise würden die kleineren Querschnitte nicht diese Leistung übertragen können, weil sie sich durch die Strombelastung zu schnell erwärmen würden. Dies würde zu einer Überschreitung der maximal zulässigen Leitertemperatur nach EN 50620 oder IEC 62893 nach einer bestimmten Zeit führen. Dadurch könnten die Leitungen in ihrer Lebensdauer geschädigt werden. Mit der Integration des beschriebenen Thermomanagements (Kühlsystems) können die Temperaturen, welche bei einer hohen Strombelastung auftreten, kompensiert werden. Dadurch lässt sich der Leiterquerschnitt reduzieren bei gleicher Strombelastung im Vergleich zu konventionellen Leitungen. Die Handhabung ist dadurch wesentlich erleichtert und bedienerfreundlich.
Ferner wird mit den beschriebenen Ausführungsbeispielen aus Figuren 1 bis 4 die Anzahl an Kühlschläuchen geringgehalten. So sind in dem vollständigen Ladekabel 100 aus Figuren 2 bis 4 lediglich zwei Kühlschläuche 12, 14 vorhanden. Zudem ist keine aufwendige oder komplizierte Anschlusstechnik für die Schläuche 12, 14 notwendig. Dies ist vorteilhaft gegenüber anderen Leitungen, bei denen aufwendige Schlauch-in-Schlauch Kühlkreisläufe erzeugt werden. Bei den beschriebenen Ausführungsbeispielen aus Figuren 2 und 3 gibt es beispielhaft lediglich einen Vorlauf und einen Rücklauf, welche in ihrer Kühlwirkung ausreichen, um die Wärme aus dem Ladekabel 100 zu transportieren. Das Ladekabel aus Figuren 2 bis 4 bleibt flexibel, um normalen Biegebelastungen, wie z.B. in IEC 62440 definiert, standhalten zu können und ist für den Anwendungsfall des Gleichstromladens, insbesondere Schnellladens, und die hierfür notwendige sehr hohe Leistungsübertragung mit aktiver Kühlung optimal ausgelegt.

Claims

Patentansprüche
1. Ladekabel (100), beispielsweise für Elektrofahrzeuge, wobei das Ladekabel (100) eine erste Einzelleitung (10) und eine zweite Einzelleitung (20) aufweist, wobei die erste Einzelleitung (10) aufweist:
- einen Kühlschlauch (12), in dem ein Kühlmedium (14) führbar ist; und
- mindestens einen nicht isolierten elektrischen Leiter (16); wobei der mindestens eine nicht isolierte elektrische Leiter (16) derart mit dem Kühlschlauch (12) in wärmeleitender Verbindung steht, dass der mindestens eine nicht isolierte elektrische Leiter (16) von dem Kühlmedium (14) kühlbar ist, wobei die zweite Einzelleitung (20) aufweist:
- einen Kühlschlauch (22), in dem ein Kühlmedium (24) führbar ist; und
- mindestens einen nicht isolierten elektrischen Leiter (26); wobei der mindestens eine nicht isolierte elektrische Leiter (26) derart mit dem Kühlschlauch (22) in wärmeleitender Verbindung steht, dass der mindestens eine nicht isolierte elektrische Leiter (26) von dem Kühlmedium (24) kühlbar ist, wobei: der Kühlschlauch (12) der ersten Einzelleitung (10) als ein Vorlauf für das Kühlmedium (14) und der Kühlschlauch (22) der zweiten Einzelleitung (20) als ein Vorlauf für das Kühlmedium (24) ausgebildet ist und ein zusätzlicher Schlauch (60) als Rücklauf in dem Ladekabel angeordnet ist; oder der Kühlschlauch (12) der ersten Einzelleitung (10) als ein Rücklauf für das Kühlmedium (14) und der Kühlschlauch (22) der zweiten Einzelleitung (20) als ein Rücklauf für das Kühlmedium (24) ausgebildet ist und ein zusätzlicher Schlauch (60) als Vorlauf in dem Ladekabel angeordnet ist.
2. Ladekabel (100) nach Anspruch 1, wobei der mindestens eine nicht isolierte elektrische Leiter (16) mehrere, nicht voneinander isolierte elektrische Leiter aufweist oder als mehrere, nicht voneinander isolierte elektrische Leiter ausgebildet ist, wobei die mehreren, nicht voneinander isolierten elektrischen Leiter in Umfangsrichtung des Kühlschlauchs (12) um den Kühlschlauch (12) herum angeordnet sind.
3. Ladekabel (100) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die mehreren, nicht voneinander isolierten elektrischen Leiter in direktem Kontakt mit dem Kühlschlauch (12) stehen.
4. Ladekabel (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die mehreren, nicht voneinander isolierten elektrischen Leiter miteinander verseilt oder unverseilt um den Kühlschlauch (12) herum angeordnet sind.
5. Ladekabel (100) nach Anspruch 1, wobei der mindestens eine nicht isolierte elektrische Leiter (16) in dem Kühlschlauch (12) angeordnet ist.
6. Ladekabel (100) nach Anspruch 1 oder 5, wobei der mindestens eine nicht isolierte elektrische Leiter (16) in direktem Kontakt mit dem Kühlmedium (14) steht.
7. Ladekabel (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Kühlschlauch (12) für das Kühlmedium (14) undurchdringbar ausgebildet ist.
8. Ladekabel (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der mindestens eine nicht isolierte elektrische Leiter (16) als Kupferleiter ausgebildet ist.
9. Ladekabel (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Einzelleitung (10) ferner eine Isolation (18) aufweist, wobei die Isolation (18) den Kühlschlauch (12) und den mindestens einen nicht isolierten elektrischen Leiter (16) umgibt.
10. Ladekabel (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei der mindestens eine nicht isolierte elektrische Leiter (16) eine Gleichstromader bildet.
11. Ladekabel (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei der mindestens eine nicht isolierte elektrische Leiter (16) der ersten Einzelleitung (10) eine positive Gleichstromader bildet und der mindestens eine nicht isolierte elektrische Leiter (26) der zweiten Einzelleitung (20) eine negative Gleichstromader bildet.
12. Ladekabel (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei das Ladekabel (100) mindestens eine Signalleitung (30) und/oder mindestens einen Schutzleiter (40) und/oder mindestens einen Sensor aufweist.
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