WO2023247317A1 - Heat transfer between a motor vehicle and an infrastructure - Google Patents

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WO2023247317A1
WO2023247317A1 PCT/EP2023/066098 EP2023066098W WO2023247317A1 WO 2023247317 A1 WO2023247317 A1 WO 2023247317A1 EP 2023066098 W EP2023066098 W EP 2023066098W WO 2023247317 A1 WO2023247317 A1 WO 2023247317A1
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fluid
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heat
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PCT/EP2023/066098
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Benjamin Drescher
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Man Truck & Bus Se
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Definitions

  • the invention relates to an energy storage system for a motor vehicle, comprising at least one energy storage and a cooling system for cooling the at least one energy storage.
  • the invention further relates to a motor vehicle with such an energy storage system and a vehicle-external charging system for providing electrical energy for charging the at least one energy storage device of the energy storage system of the motor vehicle.
  • US 2017/0096073 A1 describes a vehicle with an energy storage device for storing electrical energy to drive the vehicle and with a coupling device that is set up to receive thermal conditioning of the energy storage device from a vehicle-external thermal system.
  • the vehicle has an internal cooling system for thermally conditioning a battery pack during operation of the vehicle, and the vehicle-external thermal system has thermal contacts that can penetrate the interior of the battery pack.
  • the object of the invention is to create a novel cooling system for an energy storage system for a motor vehicle, which enables heat to be removed (or supplied) from (or to) the energy storage system during a charging process of the energy storage system in the most efficient and/or quiet manner possible . It is desirable that a conventional energy storage system for a motor vehicle can be easily expanded or converted into the new energy storage system.
  • a further object of the invention is to create a corresponding novel vehicle-external charging system that enables the removal (or supply) of heat from (or to) the energy storage system.
  • an energy storage system for a motor vehicle comprising at least one energy storage and a cooling system for cooling the at least one energy storage
  • the cooling system comprising: at least one fluid circuit which is set up to remove waste heat from the at least one energy storage; and a heat exchanger for transferring heat between a fluid of the at least one fluid circuit and an external heat exchanger of a charging station by thermal conduction, the heat exchanger of the cooling system having a thermal contact wall which is designed to thermally conductively contact a complementary thermal contact wall of an external heat exchanger of a charging station, and wherein the heat exchanger is arranged separately from the at least one energy store and has a fluid line through which a fluid (in particular the above-mentioned fluid) of the at least one fluid circuit flows.
  • the at least one fluid circuit can be set up to remove waste heat from the at least one energy storage device during a ferry operation of the motor vehicle, in particular during a ferry operation of the motor vehicle driven by the at least one energy storage device.
  • heat can be transferred in a heat-conducting manner between the fluid in the fluid line of the heat exchanger and a heat contact wall of an external (vehicle-external) heat exchanger that is thermally coupled to the heat contact wall of the heat exchanger.
  • This allows the heat energy generated during fast charging to be dissipated from vehicles. This makes thermal coupling possible without having to connect cooling lines.
  • heat can be transferred from the fluid of the at least one fluid circuit to the external heat exchanger.
  • heat transfer for example via liquid cooling (or fluid-fluid cooling), it can be made possible that only very low noise emissions are generated on site, compared to high-speed fans of water-air heat exchangers, for example.
  • the heat transfer preferably takes place via the contact between two heat exchangers (e.g. plates) through which coolant flows, each of which is provided on the vehicle side or on the infrastructure side.
  • the thermal energy can be used further or, for example, released into the ambient air in a low-noise cooling system.
  • an existing energy storage system in a motor vehicle can be supplemented with the heat exchanger.
  • the heat exchanger of the cooling system is arranged separately from the at least one energy store, in particular outside the energy store. Heat can therefore be released in one place, via the heat contact wall. This simplifies the establishment of thermal contact with the external heat exchanger. Due to the separate arrangement to the energy storage, the energy storage can be cooled using an optimized cooling circuit, which can (also) be used to cool the energy storage while driving. There is therefore no need to provide space on the energy storage device for a heat exchanger that can only be used during charging.
  • a cooler of the at least one fluid circuit which is set up for a fluid-air heat exchange, can be switched off or operated with low or reduced power when heat is transferred to the external heat exchanger, since heat is dissipated via the heat exchanger to the external heat exchanger .
  • the heat exchanger of the cooling system is thus set up for thermal coupling with a complementary thermal contact wall of an external heat exchanger.
  • the respective heat contact wall can also be referred to as a heat transfer wall. Through the thermal contact wall, heat can be transferred between the heat exchanger of the cooling system and the external heat exchanger.
  • the heat exchanger of the cooling system is set up for thermal coupling with the external heat exchanger.
  • the thermal contact wall is set up to contact a complementary thermal contact wall of an external heat exchanger in a heat-conducting manner.
  • the cooling system can have a thermal coupling for heat-conducting coupling with a (vehicle) external thermal coupling, the thermal coupling comprising the heat exchanger and the thermal coupling being arranged separately from the at least one energy storage device.
  • the thermal coupling is set up to transfer heat between the heat exchanger of the cooling system and the external thermal coupling.
  • the transfer of heat through the heat exchanger or the thermal coupling or the thermal or heat-conducting coupling and/or the heat-conducting contacting can take place with (simultaneous) fluidic decoupling from the external heat exchanger, and thus also with fluidic decoupling from a cooling system of a charging station, and in particular without exchanging a fluid, for example of the at least one fluid circuit.
  • the heat exchanger can, for example, together with the external heat exchanger form a (two-part) fluid-fluid heat exchanger, which, for example, fluidically decouples the cooling system of the energy storage system (of the vehicle) from a cooling system of the charging station (or charging infrastructure). Contamination or loss of a fluid in the at least one fluid circuit or a mixing of the fluids, for example of the vehicle-internal and vehicle-external fluid circuits, can thus be avoided.
  • the energy storage system is an energy storage system for a motor vehicle, in particular for installation in a motor vehicle.
  • the motor vehicle can in particular be a commercial vehicle, for example a truck.
  • the energy storage system can be a high-voltage energy storage system.
  • the energy storage system can include an electrical clutch for supplying (or discharging) electrical energy for charging (or discharging) the at least one energy storage device, for example a high-voltage clutch.
  • the electrical coupling can include electrical contacts for supplying (or discharging) the electrical energy.
  • the term “electrical coupling” herein includes at least one plug, at least one socket and/or a combination thereof. Such electrical clutches are known per se. For example, it can be a CCS (Combined Charging System) socket.
  • the energy storage can in particular comprise an accumulator, for example an electrical or electrochemical accumulator. Such an accumulator is also called a battery.
  • the accumulator can in particular be a traction memory, i.e. serve to drive the vehicle.
  • the electric clutch can be designed for charging currents of several hundred amps or up to 1,000 amps or higher.
  • the storage capacity of the energy storage system can be, for example, more than 100 kWh, more than 300 kWh or more than 600 kWh.
  • the at least one fluid circuit is preferably set up to cool the at least one energy storage device during ferry operation of the motor vehicle.
  • the waste heat can, for example, be dissipated into the ambient air.
  • the fluid circuit contains at least one fluid for heat transport.
  • the fluid circuit can include, for example, a fluid-air cooler.
  • the fluid-air cooler is preferably set up to dissipate waste heat from the at least one fluid circuit during ferry operation of the motor vehicle, in particular to the ambient air.
  • the fluid-air cooler can, for example, include a fluid-air heat exchanger, a blower or a fan, at least one fluid line and/or cooling fins.
  • the at least one fluid circuit can include multiple fluid circuits, in particular a chain of multiple fluid circuits.
  • the plurality of fluid circuits can be connected to one another in a fluidly separated manner via at least one heat exchanger.
  • the multiple fluid circuits can contain different fluids for heat transport.
  • the respective fluid can in particular be a heat transport medium.
  • the fluid-air cooler can be, for example, a water-air cooler.
  • the fluid-air heat exchanger can accordingly be a water-air heat exchanger.
  • the at least one fluid circuit can, for example, also be set up to heat the at least one energy storage device.
  • the energy storage can, for example, be heated via the fluid circuit in order to quickly reach its operating temperature and to be able to accept high (charging) currents.
  • the term “complementary” herein includes in particular “complementary shaped”.
  • the fluid line of the heat exchanger can be an internal fluid line of the heat exchanger.
  • the heat exchanger of the cooling system is preferably set up to dissipate heat from the at least one energy store via the fluid circuit (for example via a fluid forward line and/or a fluid return line, which connect the fluid line of the heat exchanger to the fluid circuit) to the heat exchanger.
  • the cooling system further comprises at least one valve, with which an end of the fluid line of the heat exchanger of the cooling system assigned to the valve can be selectively connected to the fluid circuit in fluid communication.
  • the valve is thus set up to selectively allow flow through the fluid line of the heat exchanger. This means that there is no flow through the fluid line of the heat exchanger when the motor vehicle is in ferry mode. This increases the efficiency of cooling in ferry operations.
  • the cooling system can comprise two valves with which the ends of the fluid line of the heat exchanger of the cooling system assigned to a respective valve can be selectively connected to the fluid circuit in fluid communication.
  • a first end of the internal fluid line of the heat exchanger can be connected to a first valve via a fluid supply line, and/or a second end of the internal fluid line of the heat exchanger can be connected to a second valve via a fluid return line.
  • the thermal coupling can be arranged separately from the valve or valves.
  • the thermal coupling can be connected to the valve or valves via the fluid supply line and/or the fluid return line.
  • the end of the fluid line assigned to the valve or a connection of a fluid-air cooler of the at least one fluid circuit assigned to the valve can preferably be selectively connected to the fluid circuit in fluid communication with the valve.
  • the valve is preferably a 3/2-way valve, i.e. a valve with three connections and two switching positions.
  • the heat exchanger can be designed as a heat-conducting block that is provided with the inner fluid line (a fluid channel).
  • the thermal contact wall of the heat exchanger of the cooling system has the shape of a plate.
  • the thermal contact wall of the heat exchanger of the cooling system can, for example, be arranged exposed or behind a door, e.g. a flap, on the thermal coupling or on the motor vehicle, or can be set up for such an arrangement on the motor vehicle.
  • the thermal contact wall of the heat exchanger of the cooling system forms a stop for the thermal contact wall of the external heat exchanger.
  • This enables a defined contacting position at which the heat-conducting contact is made.
  • establishing or maintaining a contact pressure between the thermal contact walls can be simplified, since a contact pressure can be exerted in the direction in which the thermal contact walls are brought closer to the contact or stop.
  • the contacting position of the thermal contact wall of the external heat exchanger corresponds to a coupling position of the external heat exchanger and/or a coupling position of the external thermal coupling.
  • the terms contacting position and coupling position are used interchangeably herein.
  • the thermal contact wall of the heat exchanger of the cooling system has one of the following forms: a plate; a peripheral wall or inner wall of an insertion opening for a complementary thermal contact wall of an external heat exchanger; a bowl-shaped wall; or a peripheral wall or outer wall of a dome to be encompassed by a complementary thermal contact wall of an external heat exchanger.
  • the thermal contact wall or the plate can, for example, be flat, curved convexly or concavely, corrugated or corrugated.
  • a corrugated or ridged surface allows for interlocking of the thermal contact walls and a larger contact area.
  • the peripheral wall or inner wall of the insertion opening can in particular be bent into a tubular shape, bent into a cone shape and/or bowl-shaped.
  • the dome can in particular be cylindrical or conical.
  • the peripheral wall runs around an axis, which can correspond, for example, to an insertion direction or a push-on direction of the external heat exchanger.
  • the peripheral wall, the inner wall or the outer wall may be curved in the insertion direction or in the longitudinal direction of the dome.
  • the insertion opening preferably tapers in the insertion direction. This enables a defined contacting position (insertion position) at which the heat-conducting contact is made (by stops).
  • the dome widens in the direction of a base, for example in the sliding direction. This enables a defined contacting position (or sliding position) at which the heat-conducting contact is made (by stops).
  • the cooling system has a further wall, with the thermal contact wall of the heat exchanger of the cooling system and the further wall being arranged opposite one another, with a gap between the two walls being set up for inserting the external heat exchanger into the gap.
  • the additional wall can simplify positioning of the external heat exchanger.
  • the thermal contact wall and the further wall can form an insertion opening for the external heat exchanger.
  • the two walls can be a uniform distance apart (or parallel) or at an angle to each other.
  • the further wall can be a further thermal contact wall of the heat exchanger, with the further thermal contact wall being formed as a further complementary one To contact the thermal contact wall of the external heat exchanger in a heat-conducting manner.
  • the contact area for heat transfer can thus be increased.
  • the heat exchanger can, for example, be set up for the heat-conducting transfer of heat between a fluid in the fluid line and the respective thermal contact wall of the heat exchanger.
  • the gap can form an insertion opening for the thermal contact wall or opposing thermal contact walls of the external heat exchanger.
  • a distance between the two walls decreases in the insertion direction. This enables a defined contacting position (insertion position) at which the heat-conducting contact is made (by stops).
  • the at least one fluid circuit comprises a first fluid circuit which includes the mentioned fluid-air cooler.
  • the fluid-air cooler is set up to dissipate waste heat from the first fluid circuit to the ambient air.
  • the fluid line of the heat exchanger of the cooling system is set up to be flowed through by a fluid from the first fluid circuit.
  • the fluid-air cooler can, for example, be set up to be operated electrically.
  • the first fluid circuit may include a pump.
  • a fluid of the first fluid circuit can, for example, be a water-based fluid, e.g. consist predominantly of water. Valves, in particular the valves described, can, for example, selectively connect the fluid line of the heat exchanger of the cooling system to the first fluid circuit.
  • the heat exchanger of the cooling system can, for example, be arranged parallel to the fluid-air cooler in the first fluid circuit.
  • a cooling system with a fluid circuit in which waste heat from an energy storage device is absorbed by the fluid and released into the ambient air can also be referred to as passive cooling.
  • the at least one fluid circuit comprises a second fluid circuit which has a fluid in the form of a refrigerant, a compressor and/or an expansion valve, and/or a third fluid circuit which comprises at least one cooling line which is in thermal contact with the at least one energy storage device .
  • the second fluid circuit can be thermally coupled to the first fluid circuit via a heat exchanger or condenser.
  • the third fluid circuit can be thermally coupled to the second fluid circuit (or possibly to the first fluid circuit) via a heat exchanger or cooler or evaporator.
  • the at least one fluid circuit comprises: the first fluid circuit, wherein the first fluid circuit comprises the fluid-air cooler, which is designed to dissipate waste heat from the first fluid circuit to the ambient air; the second fluid circuit, which is thermally coupled to the first fluid circuit via a heat exchanger or condenser, the second fluid circuit having a fluid in the form of a refrigerant and preferably a compressor (or compressor), an evaporator and / or an expansion valve; and the third fluid circuit, which is thermally coupled to the second fluid circuit via a heat exchanger or cooler or via the evaporator (chiller), the third fluid circuit comprising at least one cooling line which is in thermal contact with the at least one energy storage.
  • the first fluid circuit comprises the fluid-air cooler, which is designed to dissipate waste heat from the first fluid circuit to the ambient air
  • the second fluid circuit which is thermally coupled to the first fluid circuit via a heat exchanger or condenser, the second fluid circuit having a fluid in the form of a refrigerant and
  • the condenser can be called a condenser.
  • the evaporator (of the second fluid circuit) can be a chiller or cooler (of the third fluid circuit).
  • the three fluid circuits thus form a chain for the transfer of heat.
  • the cooling system actively cools the energy storage and can work similarly to a heat pump.
  • the first fluid circuit can have a higher fluid temperature than the (third) fluid circuit in contact with the energy storage.
  • the fluid line of the heat exchanger of the cooling system is set up to be flowed through by a fluid from the first, second or third fluid circuit.
  • the fluid line in the second fluid circuit can be arranged parallel to the heat exchanger or condenser, which couples the second fluid circuit to the first fluid circuit.
  • the fluid line of the heat exchanger of the cooling system is set up to be flowed through by a fluid from the first fluid circuit.
  • the first fluid circuit may include a pump and the fluid-air cooler and may include an expansion tank.
  • the first fluid circuit can, for example, be designed for a fluid temperature in a range that includes 60 ° C, in particular a fluid temperature at the outlet (outlet) of the heat exchanger or condenser.
  • the second fluid circuit can also be referred to as a cooling circuit.
  • the compressor can, for example, be set up to be operated electrically.
  • the second fluid circuit can, for example, be set up for operation in which the refrigerant undergoes phase transitions between a liquid state and a vapor state in a cycle.
  • the refrigerant can, for example, be set up to be liquefied or cooled in the heat exchanger or condenser (shared with the first fluid circuit) while releasing heat to the fluid of the first fluid circuit.
  • the refrigerant can, for example, be set up to be expanded at the expansion valve, which results in cooling of the refrigerant, with the expanded refrigerant absorbing heat from the fluid of the third fluid circuit at the heat exchanger or cooler or evaporator (shared with the third fluid circuit).
  • the expansion valve is preferably arranged on this cooler/evaporator. Heat can therefore be transferred at a higher/lower temperature level from the third fluid circuit to the first fluid circuit through the second fluid circuit.
  • the third fluid circuit can, for example, be designed for a fluid temperature in a range that includes 22 ° C.
  • the third fluid circuit can thus be designed for an optimal operating temperature of the energy storage device.
  • the third fluid circuit may include a pump and may include an expansion tank.
  • a fluid of the first fluid circuit can, for example, be a water-based fluid, for example consist predominantly of water and/or be a water-glycol mixture.
  • the chain of three fluid circuits thus enables an optimal operating temperature of the energy storage and at the same time an efficient removal of waste heat from the energy storage and its transfer to the external heat exchanger, or (especially in ferry operation of the motor vehicle) its release into the ambient air even at higher ambient temperatures.
  • the first and third fluid circuits may contain the same coolant, and both may be connected to one another in fluid communication.
  • the circuits can, for example, share an expansion tank.
  • the cooling system or in particular the thermal coupling, comprises anchoring means, holding means or a holder for holding the external heat exchanger in the coupling position.
  • the heat exchanger of the cooling system and/or the external heat exchanger can, for example, have contact pressure means for exerting a contact pressure with which the external heat exchanger is pressed against the thermal contact wall of the heat exchanger of the cooling system.
  • the thermal coupling of the cooling system and/or the external thermal coupling can have the pressing means.
  • the anchoring means, the holding means or the holder can, for example, be set up so that when the external heat exchanger is held in the coupling position, a contact pressure is exerted on the external heat exchanger, with which the external heat exchanger is pressed against the thermal contact wall of the heat exchanger of the cooling system.
  • the contact pressure can be generated, for example, by gravity and/or by a mechanical force/spring force.
  • a motor vehicle is provided with an energy storage system of the type described.
  • the thermal contact wall of the heat exchanger can be arranged on one side of the motor vehicle so that it is accessible to the external heat exchanger.
  • the thermal contact wall can, for example, be arranged separately from the at least one energy storage device.
  • the heat contact wall can, for example, be on a left side, be arranged on a right side, a front, a back, a top or a bottom of the motor vehicle.
  • the energy storage system can have at least one coupling region in which the thermal contact wall of the heat exchanger is arranged adjacent to the electrical coupling, for example on one side of the motor vehicle.
  • a coupling area can be arranged, for example, on a left side, a right side and/or an underside of the motor vehicle.
  • the energy storage system or the motor vehicle may have at least one clutch that includes the electrical clutch and the thermal clutch, wherein preferably the thermal clutch is arranged adjacent to the electrical clutch.
  • a charging station for providing electrical energy for charging at least one energy storage device of an energy storage system of a motor vehicle, the charging station comprising:
  • a cooling system and/or a heat storage and/or at least one fluid circuit comprising a thermal clutch, comprising a heat exchanger for transferring heat between a vehicle-side heat exchanger of a vehicle-side thermal clutch and the cooling system and/or the heat storage and/or a fluid of the at least one fluid circuit of the charging station by thermal conduction, wherein the heat exchanger has a thermal contact wall, which is designed to contact a heat contact wall of the vehicle-side heat exchanger in a heat-conducting manner.
  • the charging station further comprises an electrical coupling (eg a high-voltage coupling), comprising electrical contacts for the supply (or removal) of electrical energy for charging (or discharging) the at least one energy storage of an energy storage system of a motor vehicle.
  • the charging infrastructure therefore preferably provides not only the charging current but also active cooling capacity.
  • the cooling system can include the heat storage and/or the at least one fluid circuit.
  • the charging station can include the heat storage, or a heat storage can be arranged external to the charging station.
  • the cooling system or the at least one fluid circuit can be connected to a heat storage device arranged externally to the charging station.
  • the heat exchanger of the charging station can be set up to transfer heat between a vehicle-side heat exchanger of a vehicle-side thermal clutch and the cooling system of the charging station. The heat can be transferred through heat conduction.
  • the heat storage can make it possible to temporarily store the transferred heat energy, e.g. for other consumers.
  • the heat storage can, for example, be integrated into building technology, e.g. for heating or hot water provision.
  • the building technology can be, for example, the building technology of a rest stop. This also enables integration into existing building technology (heating, hot water provision), e.g. in rest stops.
  • the charging station can be set up in particular to export thermal energy, e.g. in mobile heat storage or in a district heating network.
  • the heat storage can be a mobile heat storage.
  • the charging station has a coupling on which the thermal coupling of the charging station and the electrical coupling of the charging station are arranged adjacent to one another.
  • the coupling and/or the thermal coupling of the charging station can in particular be a movable coupling.
  • it can be set up to be coupled manually or by motor to a vehicle-side clutch by a user.
  • the charging station can include a robot arm or a (motor-driven) extendable stamp (e.g. a lifting platform) on which the coupling is arranged.
  • the charging station (or the cooling system of the charging station) comprises a cooling system and/or at least one fluid circuit
  • the thermal coupling of the charging station is connected to a stationary part of the charging station via a hose system of the cooling system and/or the at least one fluid circuit.
  • the hose system can include at least one hose.
  • the hose system comprises fluid lines for transporting a fluid of the at least one fluid circuit of the charging station between the coupling and a stationary part of the charging station.
  • the fluid lines can each comprise a hose.
  • the charging station comprises at least one cable for providing electrical energy for charging at least one energy storage device of an energy storage system of a motor vehicle, for example a high-voltage cable.
  • the cable includes electrical cables, e.g. high-voltage (HV) cables.
  • the cable or the electrical lines can be arranged along the hose system.
  • the cooling lines (the hose system) and the cable can be combined in one strand so that, for example, the HV lines are also cooled.
  • the cable or the electrical lines can connect the electrical coupling of the charging station to a stationary part of the charging station.
  • the charging station (or the cooling system of the charging station) has a cooling system, in particular in the form of an air cooler, for cooling a fluid of the cooling system and/or the heat storage and/or the at least one fluid circuit.
  • the air cooler may comprise a convection air cooler for cooling a fluid of the cooling system and/or the at least one fluid circuit by convection of ambient air.
  • the thermal coupling of the charging station is set up to transmit heat without exchanging a fluid between the vehicle-side heat exchanger and the cooling system and/or the heat storage and/or a fluid of the at least one fluid circuit of the charging station, in particular without exchanging a fluid of the at least one fluid circuit of the charging station, and in particular with fluidic decoupling.
  • the thermal couplings described herein can also each be referred to as heat conduction couplings.
  • Thermal coupling can also be called diathermic coupling.
  • the charging station can include the heat storage and the at least one fluid circuit.
  • the at least one fluid circuit can include a pump and an expansion tank.
  • the at least one fluid circuit can be set up to transfer or transport heat between the heat exchanger of the charging station and the (internal or external) heat storage.
  • the cooling system can include the at least one fluid circuit.
  • the heat can be transported in particular through a fluid of the fluid circuit.
  • the heat storage can contain, for example, water or a salt solution as a medium for storing heat (heat storage medium).
  • a medium (eg a fluid) for storing heat can be set up to store heat through its heat capacity and/or by means of at least one phase transition (as latent heat).
  • the charging station can be stationary and referred to as stationary charging infrastructure.
  • the charging station can include a fluid line for the charging station-external use of stored heat from the heat storage device.
  • the air cooler or the convection air cooler preferably comprises a plurality of cooling surfaces or cooling elements, e.g. cooling fins or cooling fins, which are designed to absorb heat from a fluid of the cooling system and/or the at least one fluid circuit of the charging station.
  • the cooling elements can be set up to be flowed through by a fluid from the cooling system and/or from the at least one fluid circuit of the charging station.
  • the at least one fluid circuit of the charging station can include a pump and an expansion tank.
  • the cooling surfaces, cooling fins or cooling fins can, for example, be arranged obliquely to the vertical, for example at an angle of 45°. This improves heat dissipation through natural (i.e. fanless) convection.
  • the cooling effect can be supported by at least one fan.
  • the convection can take place, for example, along a cooling surface of a wall of the at least one fluid circuit.
  • the at least one fluid circuit can have cooling elements, for example cooling fins or cooling fins (for example the cooling elements mentioned above).
  • the cooling elements are arranged to cool a fluid of the fluid circuit by convection of ambient air.
  • the heat exchangers described herein of the energy storage system for a motor vehicle and the charging station as well as the respective fluid circuits can, for example, be further configured to transfer heat in the opposite direction (thus in both directions).
  • heat can be transferred from the external heat exchanger of a charging station to the fluid of the at least a fluid circuit through heat conduction.
  • heat can be transferred from the cooling system and/or the heat storage and/or a fluid of the at least one fluid circuit of the charging station to a vehicle-side heat exchanger of a vehicle-side thermal clutch by heat conduction.
  • This can, for example, enable vehicles that are still “cold” and their energy storage units to be heated up or preheated for faster charging. It can also be possible, for example, for a metered return of heat energy for an auxiliary heater, for example from parked trucks, overnight.
  • one of the stated tasks is achieved by a system with a motor vehicle of the type described herein and with a vehicle-external charging station for providing electrical energy for charging the at least one energy storage of the energy storage system of the motor vehicle, in particular a charging station as described herein, wherein the vehicle-external charging station includes:
  • a cooling system and/or a heat storage and/or at least one fluid circuit comprising a vehicle-external heat exchanger for transferring heat between the heat exchanger of the cooling system of the motor vehicle and the cooling system (the charging station) and/or the heat storage and/or a fluid of the fluid circuit of the charging station by thermal conduction, wherein the vehicle-external heat exchanger has a thermal contact wall which is designed to contact the thermal contact wall of the heat exchanger of the cooling system of the motor vehicle in a heat-conducting manner.
  • the thermal contact wall of the vehicle-external heat exchanger is complementary to the thermal contact wall of the heat exchanger of the cooling system of the motor vehicle.
  • the heat exchanger external to the vehicle and the heat exchanger of the cooling system of the motor vehicle are preferably set up to jointly form a (two-part) heat exchanger if the thermal contact wall of the heat exchanger external to the vehicle conducts (surface) heat to the thermal contact wall of the heat exchanger of the cooling system of the motor vehicle. tend to be contacted. In the contact position of the vehicle-external heat exchanger, they therefore form a heat exchanger, for example a fluid-fluid heat exchanger or in particular a water-water heat exchanger.
  • the heat exchanger formed couples the at least one fluid circuit of the cooling system of the motor vehicle with a cooling system and/or at least one fluid circuit of the charging station.
  • a heat transfer wall of the heat exchanger formed is formed by the heat contact walls that are in contact with one another. Due to the fluidic decoupling, coolant additives, for example, can be different on the vehicle side and the station side.
  • FIG. 1 is a schematic representation of an energy storage system according to embodiments of the present disclosure
  • FIG. 2 shows schematic representations of examples of heat exchangers according to embodiments of the invention
  • FIG. 3 shows schematic representations of examples of heat exchangers according to embodiments of the invention.
  • FIG. 4 shows a schematic representation of another energy storage system according to embodiments of the present disclosure
  • FIG. 5 shows a schematic representation of a system with a motor vehicle and a charging station according to embodiments of the invention
  • FIG. 6 shows a schematic representation of a clutch according to an embodiment of the invention.
  • Fig. 7 is a schematic representation of a charging station according to embodiments of the invention.
  • FIG. 1 shows schematically an energy storage system 10 for a motor vehicle.
  • the energy storage system 10 includes an energy storage 12 with a plurality of accumulators 14 and an electrical coupling 16 in the form of a charging socket for charging (or discharging) the energy storage 12 at a charging station.
  • the energy storage system 10 includes a cooling system 100 for dissipating heat from the energy storage 12.
  • the cooling system 100 includes a cooling circuit in the form of a fluid circuit 110 that is filled with a fluid.
  • the fluid circuit 110 includes a fluid line 112, which runs through the energy storage 12 and/or along the accumulators 14, a pump 114 and a fluid-air cooler 120 as well as respective connecting lines.
  • the fluid circuit 110 may include an expansion tank 116 for the fluid.
  • the fluid circuit 110 further comprises a heat exchanger 130, which is arranged parallel to the fluid-air cooler 120.
  • the fluid-air cooler 120 or the heat exchanger 130 can be selectively connected to the main part of the fluid circuit 110 via two 3/2-way valves 131.
  • the heat exchanger 130 has an inner fluid line 132 which is connected to the valves 131.
  • the heat exchanger 130 has a plate-shaped thermal contact wall 134 exposed on a surface of the heat exchanger 130 for dissipating heat from the fluid circuit 110 to a complementary external thermal contact wall.
  • FIGS. 2 and 3 show schematically different embodiments of the heat exchanger 130 and a corresponding or complementary external heat exchanger 140.
  • the thermal contact wall 134 of the heat exchanger 130 and a complementary thermal contact wall 144 of the external heat exchanger 140 are each shown schematically.
  • Fig. 2A shows cylindrical thermal contact walls 134, 144 in the form of peripheral walls.
  • Fig. 2B shows conical thermal contact walls 134, 144.
  • the thermal contact wall 134 additionally includes a bottom of the insertion opening, so it is bowl-shaped.
  • the external heat exchanger 140 can be inserted in a coupling direction (insertion direction) A into an insertion opening 136 of the heat exchanger 130.
  • the cross section of the relevant insertion opening 136 can, for example, be circular or can be freely shaped.
  • 2D shows corrugated thermal contact walls 134, 144. In the examples of FIGS.
  • the external heat exchanger 140 can be pushed onto a dome 138 of the heat exchanger 130 in a coupling direction (sliding direction) A.
  • Fig. 2E shows cylindrical thermal contact walls 134, 144 in the form of peripheral walls.
  • Fig. 2F shows conical thermal contact walls 134, 144.
  • the cross section of the dome can be designed according to the examples of insertion opening 136 mentioned.
  • Fig. 3A shows plate-shaped thermal contact walls 134, 144, which can be coupled in a coupling direction A transverse to the plate plane.
  • the external heat exchanger 140 can include anchoring means 150 in the form of hooks or the like in order to hold the heat exchangers 130, 140 together in the coupling position and, for example, to exert a contact pressure under the influence of gravity.
  • the external heat exchanger 140 can be attached to the heat exchanger 130, for example.
  • Fig. 3B shows plate-shaped thermal contact walls 134, 144, wherein the heat exchanger 130 has two opposing thermal contact walls 134, 134 '.
  • the external heat exchanger 140 can be inserted into a gap in a coupling direction A.
  • the space can have a uniform width or taper in the insertion direction A.
  • the external heat exchanger 140 has correspondingly arranged thermal contact walls 144, 144 '.
  • the cooling system 100 here comprises a chain of three fluid circuits 110, 210 and 310.
  • the first fluid circuit 110 comprises, in the manner described, a pump 114 and the fluid-air cooler 120 as well as the heat exchanger 130, which can be selectively connected via a valve 131.
  • the first fluid circuit 110 includes an expansion tank 116 for the fluid.
  • the first fluid circuit 110 is indirectly connected to the energy storage 12 via the second and third fluid circuits 210, 310.
  • the second fluid circuit 210 (a refrigeration circuit or refrigerant circuit) is coupled to the first fluid circuit 110 via a heat exchanger 212 in the form of a condenser filled with a fluid in the form of a refrigerant and includes a compressor 214 and an expansion valve 216.
  • the third fluid circuit 310 (a refrigeration circuit or refrigerant circuit) is coupled to the second fluid circuit 210 via a heat exchanger 314 in the form of an evaporator, is filled with a fluid in the form of a water-glycol mixture, and includes the fluid line 112 (a cooling line), which runs through the energy storage 12 and/or along the accumulators 14, and a pump 114. Furthermore, the third fluid circuit 310 may comprise an expansion tank 116 for the fluid.
  • FIG. 5 shows schematically a system with a vehicle 160, which is equipped with the energy storage system 100 according to one of the examples described, and with a charging station 400, which is equipped with the vehicle-external heat exchanger 140.
  • a clutch 162 is arranged on one side of the vehicle 160.
  • the clutch includes the electrical clutch 16 and a thermal clutch 166 in an adjacent arrangement.
  • the thermal coupling 166 includes the thermal contact wall 134 of the vehicle-side heat exchanger 130, which can correspond, for example, to one of the examples in FIGS. 2 and 3.
  • the charging station 400 is shown schematically in FIG. 7 and includes a movable clutch 462 (FIG. 5) which includes an electrical clutch 416 and a thermal clutch 466 in an adjacent arrangement. The arrangement is complementary to the corresponding arrangement of the clutch 162.
  • the electrical clutch 416 is set up for charging (or discharging) the energy storage 12 coupled via the electrical clutch 16.
  • the thermal coupling 466 includes the thermal contact wall 144 of the vehicle-external heat exchanger 140.
  • the charging station 400 includes a cooling system with a fluid circuit 470, which includes an internal fluid line 472 of the heat exchanger 140.
  • the cooling system further comprises a heat accumulator 480.
  • the fluid circuit 470 comprises a pump 474, an expansion tank 475 and a flow through the heat accumulator 480.
  • the fluid circuit 470 further includes a cooling system 496 for cooling the fluid of the fluid circuit 470, for example a convection air cooler for cooling the fluid of the fluid circuit 470 by convection of ambient air.
  • the convection air cooler has cooling surfaces that are inclined at an angle of 45° to the vertical, along which ambient air flows through natural convection during cooling.
  • Flexible fluid lines of the fluid circuit 470 to the heat exchanger 140 of the thermal coupling 466 are combined with electrical lines to the electrical coupling 416 in a flexible hose-line system 450.
  • the hose-line system 450 connects the coupling 462 to the stationary part of the charging station 400.
  • a further fluid line 498 can be provided for the charging station-external use of stored heat from the heat accumulator 480.
  • the heat storage 480 can also be arranged externally to the charging station 400.
  • several fluid circuits can also be provided, which, for example, connect the heat storage 480 with the cooling system 496 or the heat exchanger 140.
  • the heat exchangers 130, 140 described herein and the respective fluid circuits 110, 210, 310, 470 can, for example, be further configured to transfer heat in the opposite direction (thus in both directions).
  • thermal contact wall (external to the vehicle, e.g. from the charging station)
  • hose-pipe system (external to the vehicle, e.g. from the charging station) 462 Coupling (external to the vehicle, e.g. from charging station)
  • Fluid circuit (external to the vehicle, e.g. from the charging station)
  • Fluid line exital to the vehicle, e.g. from the charging station
  • Pump exital to the vehicle, e.g. from the charging station
  • Fluid line (external to the vehicle, e.g. from the charging station)

Abstract

The invention relates to an energy storage system for a motor vehicle (160), comprising an energy store and a cooling system for cooling the at least one energy store, wherein the cooling system comprises a heat exchanger (130) for transferring heat between a fluid of a fluid circuit of the cooling system and an external heat exchanger (140) of a charging station (400) by thermal conduction, wherein the heat exchanger (130) of the cooling system is arranged separately from the at least one energy store and has a thermal contact wall which is designed to make thermally conductive contact with a complementary thermal contact wall of the external heat exchanger (140) of the charging station (400). The invention also relates to: a motor vehicle (160) having the energy storage system, a charging station (400) having a thermal coupling, comprising the heat exchanger (140); and a system consisting of the vehicle (160) and the charging station (400).

Description

Wärmeübertragung zwischen einem Kraftfahrzeug und einer Infrastruktur Heat transfer between a motor vehicle and infrastructure
Die Erfindung betrifft ein Energiespeichersystem für ein Kraftfahrzeug, umfassend wenigstens einen Energiespeicher und ein Kühlsystem zum Kühlen des wenigstens einen Energiespeichers. Weiter betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug mit einem solchen Energiespeichersystem und ein fahrzeugexternes Ladesystem zum Zurverfügungstellen von elektrischer Energie zum Laden des wenigstens einen Energiespeichers des Energiespeichersystems des Kraftfahrzeugs. The invention relates to an energy storage system for a motor vehicle, comprising at least one energy storage and a cooling system for cooling the at least one energy storage. The invention further relates to a motor vehicle with such an energy storage system and a vehicle-external charging system for providing electrical energy for charging the at least one energy storage device of the energy storage system of the motor vehicle.
Technischer Hintergrund Technical background
US 2017/0096073 Al beschreibt ein Fahrzeug mit einem Energiespeicher zum Speichern von elektrischer Energie zum Antrieb des Fahrzeugs und mit einer Koppelvorrichtung, die eingerichtet ist, eine thermische Konditionierung des Energiespeichers von einem Fahrzeug-externen thermischen System zu empfangen. In einem Beispiel hat das Fahrzeug ein internes Kühlsystem zum thermischen Konditionieren eines Batteriepacks während des Betriebs des Fahrzeugs, und das Fahrzeug-externe thermische System hat thermische Kontakte, die in das Innere des Batteriepacks eindringen können. US 2017/0096073 A1 describes a vehicle with an energy storage device for storing electrical energy to drive the vehicle and with a coupling device that is set up to receive thermal conditioning of the energy storage device from a vehicle-external thermal system. In one example, the vehicle has an internal cooling system for thermally conditioning a battery pack during operation of the vehicle, and the vehicle-external thermal system has thermal contacts that can penetrate the interior of the battery pack.
Kurzfassung der Erfindung Summary of the invention
Beim Schneiladen eines Energiespeichers eines Kraftfahrzeugs entstehen insbesondere an dem Energiespeicher große Energieverluste in Form von Wärme. Die entstehende Wärme muss abgeführt werden, um einen nachteiligen, zu großen Temperaturanstieg des Energiespeichers zu vermeiden. Bisher ist die Abwärme beim Laden aufgrund der noch relativ geringen Ladeströme noch gut beherrschbar und wird auf Seiten des Fahrzeugs meist über Wasser- Luft-Wärmetauscher mit Lüftern an die Umgebungsluft abgegeben. Die Wärmeenergie kann dann nicht weiter genutzt werden, und es entstehen durch die Lüfter nachteilige Lärmemissionen. Die abzuführende Wärmemenge ist besonders groß bei einem zukünftigen Hochleistungsladen eines Nutzfahrzeugs, beispielsweise eines Lastkraftwagens, mit einem Energiespeichersystem mit hoher Speicherkapazität. Aufgabe der Erfindung ist es, ein neuartiges Kühlsystem eines Energiespeichers für ein Kraftfahrzeug zu schaffen, das ein Ab führen (oder Zuführen) von Wärme aus (bzw. an) dem Energiespeichersystem während eines Ladevorgangs des Energiespeichersystems in einer möglichst effizienten und/oder geräuscharmen Weise ermöglicht. Dabei ist es wünschenswert, dass ein herkömmliches Energiespeichersystem für ein Kraftfahrzeug in einfacher Weise zu dem neuartigen Energiespeichersystem erweitert oder umgerüstet werden kann. When charging an energy storage device in a motor vehicle, large energy losses in the form of heat occur, particularly at the energy storage device. The resulting heat must be dissipated in order to avoid a disadvantageous, excessive increase in the temperature of the energy storage device. So far, the waste heat during charging can still be easily controlled due to the relatively low charging currents and is usually released into the ambient air on the vehicle side via water-air heat exchangers with fans. The heat energy can then no longer be used, and the fans create disadvantageous noise emissions. The amount of heat to be dissipated is particularly large in a future high-performance charging of a commercial vehicle, for example a truck, with an energy storage system with high storage capacity. The object of the invention is to create a novel cooling system for an energy storage system for a motor vehicle, which enables heat to be removed (or supplied) from (or to) the energy storage system during a charging process of the energy storage system in the most efficient and/or quiet manner possible . It is desirable that a conventional energy storage system for a motor vehicle can be easily expanded or converted into the new energy storage system.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein entsprechendes neuartiges fahrzeugexternes Ladesystem zu schaffen, das das Abführen (oder Zuführen) von Wärme aus (bzw. an) dem Energiespeichersystem ermöglicht. A further object of the invention is to create a corresponding novel vehicle-external charging system that enables the removal (or supply) of heat from (or to) the energy storage system.
Erfmdungsgemäß wird eine der genannten Aufgaben gelöst durch ein Energiespeichersystem für ein Kraftfahrzeug, umfassend wenigstens einen Energiespeicher und ein Kühlsystem zum Kühlen des wenigstens einen Energiespeichers, wobei das Kühlsystem umfasst: wenigstens einen Fluidkreislauf, der eingerichtet ist, Abwärme von dem wenigstens einen Energiespeicher abzuführen; und einen Wärmeübertrager zum Übertragen von Wärme zwischen einem Fluid des wenigstens einen Fluidkreislaufs und einem externen Wärmeübertrager einer Ladestation durch Wärmeleitung, wobei der Wärmeübertrager des Kühlsystems eine Wärmekontaktwand aufweist, die ausgebildet ist, eine komplementäre Wärmekontaktwand eines externen Wärmeübertragers einer Ladestation wärmeleitend zu kontaktieren, und wobei der Wärmeübertrager getrennt von dem wenigstens einen Energiespeicher angeordnet ist und eine Fluidleitung aufweist, die eingerichtet ist, von einem Fluid (insbesondere dem oben genannten Fluid) des wenigstens einen Fluidkreislaufs durchströmt zu werden. According to the invention, one of the stated tasks is achieved by an energy storage system for a motor vehicle, comprising at least one energy storage and a cooling system for cooling the at least one energy storage, the cooling system comprising: at least one fluid circuit which is set up to remove waste heat from the at least one energy storage; and a heat exchanger for transferring heat between a fluid of the at least one fluid circuit and an external heat exchanger of a charging station by thermal conduction, the heat exchanger of the cooling system having a thermal contact wall which is designed to thermally conductively contact a complementary thermal contact wall of an external heat exchanger of a charging station, and wherein the heat exchanger is arranged separately from the at least one energy store and has a fluid line through which a fluid (in particular the above-mentioned fluid) of the at least one fluid circuit flows.
Beispielsweise kann der wenigstens eine Fluidkreislauf eingerichtet sein, während eines Fährbetriebs des Kraftfahrzeugs Abwärme von dem wenigstens einen Energiespeicher abzuführen, insbesondere während eines durch den wenigstens einen Energiespeicher angetriebenen Fährbetriebs des Kraftfahrzeugs. Auf diese Weise kann wärmeleitend Wärme übertragen werden zwischen dem Fluid in der Fluidleitung des Wärmeübertragers und einer thermisch mit der Wärmekontaktwand des Wärmeübertragers gekoppelten Wärmekontaktwand eines externen (fahrzeugextemen) Wärmeübertragers. Dies ermöglicht ein Ableiten der beim Schnellladen entstehenden Wärmeenergie von Fahrzeugen. Es wird somit eine thermische Kopplung ermöglicht, ohne dass dafür Kühlleitungen angekoppelt werden müssten. Insbesondere kann ein Übertragen von Wärme von dem Fluid des wenigstens einen Fluidkreislaufs zu dem externen Wärmeübertrager erfolgen. Durch den Wärmetransfer z.B. über eine Flüssigkeitskühlung (oder Fluid-Fluid- Kühlung) kann es ermöglicht werden, dass vor Ort nur sehr geringe Lärmemissionen entstehen, im Vergleich zu schnelldrehenden Lüftern etwa von Wasser-Luft-Wärmetauschem. Vorzugsweise erfolgt der Wärmetransfer über die Kontaktierung zweier mit Kühlflüssigkeit durchströmter Wärmeübertrager (z.B. Platten), die jeweils fahrzeugseitig bzw. infrastrukturseitig bereitgestellt sind. Die Wärmeenergie kann weiter genutzt werden oder z.B. in einer geräuscharmen Kühlanlage an die Umgebungsluft abgegeben werden. Beispielsweise kann ein vorhandenes Energiespeichersystem eines Kraftfahrzeugs um den Wärmeübertrager ergänzt werden. For example, the at least one fluid circuit can be set up to remove waste heat from the at least one energy storage device during a ferry operation of the motor vehicle, in particular during a ferry operation of the motor vehicle driven by the at least one energy storage device. In this way, heat can be transferred in a heat-conducting manner between the fluid in the fluid line of the heat exchanger and a heat contact wall of an external (vehicle-external) heat exchanger that is thermally coupled to the heat contact wall of the heat exchanger. This allows the heat energy generated during fast charging to be dissipated from vehicles. This makes thermal coupling possible without having to connect cooling lines. In particular, heat can be transferred from the fluid of the at least one fluid circuit to the external heat exchanger. By transferring heat, for example via liquid cooling (or fluid-fluid cooling), it can be made possible that only very low noise emissions are generated on site, compared to high-speed fans of water-air heat exchangers, for example. The heat transfer preferably takes place via the contact between two heat exchangers (e.g. plates) through which coolant flows, each of which is provided on the vehicle side or on the infrastructure side. The thermal energy can be used further or, for example, released into the ambient air in a low-noise cooling system. For example, an existing energy storage system in a motor vehicle can be supplemented with the heat exchanger.
Der Wärmeübertrager des Kühlsystems ist getrennt von dem wenigstens einen Energiespeicher angeordnet, insbesondere außerhalb des Energiespeichers. Wärme kann somit gebündelt an einer Stelle abgegeben werden, über die Wärmekontaktwand. Dies vereinfacht die Herstellung eines Wärmekontakts zum externen Wärmeübertrager. Aufgrund der separaten Anordnung zum Energiespeicher kann der Energiespeicher mittels eines optimierten Kühlkreislaufs gekühlt werden, der (auch) während der Fahrt zum Kühlen des Energiespeichers verwendet werden kann. An dem Energiespeicher braucht somit kein Raum für einen nur während des Ladens zu verwendenden Wärmeübertrager zur Verfügung gestellt werden. Außerdem kann beispielsweise ein Kühler des wenigstens einen Fluidkreislaufs, der für einen Fluid- Luft-Wärmetausch eingerichtet ist, bei dem Übertragen von Wärme zum externen Wärmeübertrager abgeschaltet oder mit geringer bzw. verringerter Leistung betrieben werden, da Wärme über den Wärmeübertrager zum externen Wärmeübertrager abgeführt wird. Der Wärmeübertrager des Kühlsystems ist somit zum thermischen Koppeln mit einer komplementären Wärmekontaktwand eines externen Wärmeübertragers eingerichtet. Die jeweilige Wärmekontaktwand kann auch als Wärmeübertragungswand bezeichnet werden. Durch die Wärmekontaktwand kann Wärme zwischen dem Wärmeübertrager des Kühlsystems und dem externen Wärmeübertrager übertragen werden. Der Wärmeübertrager des Kühlsystems ist eingerichtet zum thermischen Koppeln mit dem externen Wärmeübertrager. Insbesondere ist die Wärmekontaktwand eingerichtet, eine komplementäre Wärmekontaktwand eines externen Wärmeübertragers wärmeleitend zu kontaktieren. Beispielsweise kann das Kühlsystem eine thermische Kupplung zum wärmeleitenden Koppeln mit einer (Fahrzeug-)extemen thermischen Kupplung aufweisen, wobei die thermische Kupplung den Wärmeübertrager umfasst und wobei die thermische Kupplung getrennt von dem wenigstens einen Energiespeicher angeordnet ist. Die thermische Kupplung ist eingerichtet, Wärme zwischen dem Wärmeübertrager des Kühlsystems und der externen thermischen Kupplung zu übertragen. Die Übertragung der Wärme durch den Wärmeübertrager oder die thermische Kupplung bzw. das thermische oder wärmeleitende Koppeln und/oder das wärmeleitende Kontaktieren kann bei (gleichzeitiger) fluidischer Entkopplung vom externen Wärmeübertrager erfolgen, und somit auch bei fluidischer Entkopplung von einem Kühlsystem einer Ladestation, und insbesondere ohne Austausch eines Fluids z.B. des wenigstens einen Fluidkreislaufs. Der Wärmeübertrager kann beispielsweise zusammen mit dem externen Wärmeübertrager einen (zweigeteilten) Fluid-Fluid-Wärmetauscher bilden, der z.B. das Kühlsystem des Energiespeichersystems (des Fahrzeugs) von einem Kühlsystem der Ladestation (oder Ladeinfrastruktur) fluidisch entkoppelt. Eine Verunreinigung bzw. ein Verlust eines Fluids des wenigstens einen Fluidkreislaufs oder eine Vermischung der Fluide beispielsweise der fahrzeuginternen und der fahrzeugexternen Fluidkreisläufe kann somit vermieden werden. The heat exchanger of the cooling system is arranged separately from the at least one energy store, in particular outside the energy store. Heat can therefore be released in one place, via the heat contact wall. This simplifies the establishment of thermal contact with the external heat exchanger. Due to the separate arrangement to the energy storage, the energy storage can be cooled using an optimized cooling circuit, which can (also) be used to cool the energy storage while driving. There is therefore no need to provide space on the energy storage device for a heat exchanger that can only be used during charging. In addition, for example, a cooler of the at least one fluid circuit, which is set up for a fluid-air heat exchange, can be switched off or operated with low or reduced power when heat is transferred to the external heat exchanger, since heat is dissipated via the heat exchanger to the external heat exchanger . The heat exchanger of the cooling system is thus set up for thermal coupling with a complementary thermal contact wall of an external heat exchanger. The respective heat contact wall can also be referred to as a heat transfer wall. Through the thermal contact wall, heat can be transferred between the heat exchanger of the cooling system and the external heat exchanger. The heat exchanger of the cooling system is set up for thermal coupling with the external heat exchanger. In particular, the thermal contact wall is set up to contact a complementary thermal contact wall of an external heat exchanger in a heat-conducting manner. For example, the cooling system can have a thermal coupling for heat-conducting coupling with a (vehicle) external thermal coupling, the thermal coupling comprising the heat exchanger and the thermal coupling being arranged separately from the at least one energy storage device. The thermal coupling is set up to transfer heat between the heat exchanger of the cooling system and the external thermal coupling. The transfer of heat through the heat exchanger or the thermal coupling or the thermal or heat-conducting coupling and/or the heat-conducting contacting can take place with (simultaneous) fluidic decoupling from the external heat exchanger, and thus also with fluidic decoupling from a cooling system of a charging station, and in particular without exchanging a fluid, for example of the at least one fluid circuit. The heat exchanger can, for example, together with the external heat exchanger form a (two-part) fluid-fluid heat exchanger, which, for example, fluidically decouples the cooling system of the energy storage system (of the vehicle) from a cooling system of the charging station (or charging infrastructure). Contamination or loss of a fluid in the at least one fluid circuit or a mixing of the fluids, for example of the vehicle-internal and vehicle-external fluid circuits, can thus be avoided.
Das Energiespeichersystem ist ein Energiespeichersystem für ein Kraftfahrzeug, insbesondere zum Einbau in ein Kraftfahrzeug. Das Kraftfahrzeug kann insbesondere ein Nutzfahrzeug sein, z.B. ein Lastkraftwagen. Das Energiespeichersystem kann ein Hochvolt-Energiespeichersystem sein. Das Energiespeichersystem kann eine elektrische Kupplung für die Zufuhr (bzw. Abfuhr) elektrischer Energie zum Laden (bzw. Entladen) des wenigstens einen Energiespeichers umfassen, z.B. eine Hochvolt-Kupplung. Die elektrische Kupplung kann elektrische Kontakte für die Zufuhr (bzw. Abfuhr) der elektrischen Energie umfassen. Der Ausdruck „elektrische Kupplung“ umfasst hierin wenigstens einen Stecker, wenigstens eine Buchse und/oder eine Kombination davon. Derartige elektrische Kupplungen sind an sich bekannt. Es kann sich beispielsweise um eine CCS-(Combined Charging System)-Steckdose handeln. Der Energiespeicher kann insbesondere einen Akkumulator umfassen, z.B. einen elektrischen oder elektrochemischen Akkumulator. Ein solcher Akkumulator wird auch als Batterie bezeichnet. Der Akkumulator kann insbesondere ein Traktionsspeicher sein, also zum Antrieb des Fahrzeugs dienen. Die elektrische Kupplung kann für Ladeströme von mehreren Hundert Ampere oder bis zu 1.000 Ampere oder höher vorgesehen sein. Die Speicherkapazität des Energiespeichersystems kann beispielsweise mehr als 100 kWh, mehr als 300 kWh oder mehr als 600 kWh betragen. The energy storage system is an energy storage system for a motor vehicle, in particular for installation in a motor vehicle. The motor vehicle can in particular be a commercial vehicle, for example a truck. The energy storage system can be a high-voltage energy storage system. The energy storage system can include an electrical clutch for supplying (or discharging) electrical energy for charging (or discharging) the at least one energy storage device, for example a high-voltage clutch. The electrical coupling can include electrical contacts for supplying (or discharging) the electrical energy. The The term “electrical coupling” herein includes at least one plug, at least one socket and/or a combination thereof. Such electrical clutches are known per se. For example, it can be a CCS (Combined Charging System) socket. The energy storage can in particular comprise an accumulator, for example an electrical or electrochemical accumulator. Such an accumulator is also called a battery. The accumulator can in particular be a traction memory, i.e. serve to drive the vehicle. The electric clutch can be designed for charging currents of several hundred amps or up to 1,000 amps or higher. The storage capacity of the energy storage system can be, for example, more than 100 kWh, more than 300 kWh or more than 600 kWh.
Der wenigstens eine Fluidkreislaufist vorzugsweise eingerichtet, den wenigstens einen Energiespeicher während eines Fährbetriebs des Kraftfahrzeugs zu kühlen. Die Abwärme kann beispielsweise an die Umgebungsluft abgeführt werden. Der Fluidkreislauf enthält wenigstens ein Fluid zum Wärmetransport. Der Fluidkreislauf kann beispielsweise einen Fluid-Luft- Kühler umfassen. Der Fluid-Luft-Kühler ist vorzugsweise eingerichtet, im Fährbetrieb des Kraftfahrzeugs Abwärme von dem wenigstens einen Fluidkreislauf abzuführen, insbesondere an die Umgebungsluft. Der Fluid-Luft-Kühler kann beispielsweise einen Fluid-Luft-Wärme- tauscher, ein Gebläse oder einen Lüfter, wenigstens eine Fluidleitung und/oder Kühlrippen umfassen. Der wenigstens eine Fluidkreislauf kann mehrere Fluidkreisläufe umfassen, insbesondere eine Kette von mehreren Fluidkreisläufen. Die mehreren Fluidkreisläufe können fluidisch getrennt über wenigstens einen Wärmetauscher miteinander verbunden sein. Die mehreren Fluidkreisläufe können unterschiedliche Fluide zum Wärmetransport enthalten. Hierin kann das jeweilige Fluid insbesondere ein Wärmetransportmedium sein. Der Fluid-Luft-Kühler kann beispielsweise ein Wasser-Luft-Kühler sein. Der Fluid-Luft-Wärmetauscher kann dementsprechend ein Wasser-Luft-Wärmetauscher sein. The at least one fluid circuit is preferably set up to cool the at least one energy storage device during ferry operation of the motor vehicle. The waste heat can, for example, be dissipated into the ambient air. The fluid circuit contains at least one fluid for heat transport. The fluid circuit can include, for example, a fluid-air cooler. The fluid-air cooler is preferably set up to dissipate waste heat from the at least one fluid circuit during ferry operation of the motor vehicle, in particular to the ambient air. The fluid-air cooler can, for example, include a fluid-air heat exchanger, a blower or a fan, at least one fluid line and/or cooling fins. The at least one fluid circuit can include multiple fluid circuits, in particular a chain of multiple fluid circuits. The plurality of fluid circuits can be connected to one another in a fluidly separated manner via at least one heat exchanger. The multiple fluid circuits can contain different fluids for heat transport. Here, the respective fluid can in particular be a heat transport medium. The fluid-air cooler can be, for example, a water-air cooler. The fluid-air heat exchanger can accordingly be a water-air heat exchanger.
Der wenigstens eine Fluidkreislauf kann beispielsweise außerdem eingerichtet sein, den wenigstens einen Energiespeicher zu erwärmen. Der Energiespeicher kann beispielsweise über den Fluidkreislauf erwärmt werden, um schnell auf seine Betriebstemperatur zu kommen und um hohe (Lade-)Ströme akzeptieren zu können. Der Ausdruck „komplementär“ umfasst hierin insbesondere „komplementär geformt“. Beim wärmeleitenden Kontaktieren der Wärmekontaktwand und einer komplementären Wärmekontaktwand eines externen Wärmeübertragers erfolgt ein wärmeleitender Kontakt der betreffenden Wärmekontaktwände. Vorzugsweise ist der Kontakt flächig. Vorzugsweise erfolgt ein wärmeleitender Kontakt von Oberflächen, die jeweils einen überwiegenden Teil der jeweiligen Wärmekontaktwand umfassen. The at least one fluid circuit can, for example, also be set up to heat the at least one energy storage device. The energy storage can, for example, be heated via the fluid circuit in order to quickly reach its operating temperature and to be able to accept high (charging) currents. The term “complementary” herein includes in particular “complementary shaped”. When the thermal contact wall and a complementary thermal contact wall of an external heat exchanger make thermally conductive contact, thermally conductive contact occurs between the relevant thermal contact walls. The contact is preferably flat. Heat-conducting contact preferably occurs between surfaces that each comprise a predominant part of the respective thermal contact wall.
Die Fluidleitung des Wärmeübertragers kann eine interne Fluidleitung des Wärmeübertragers sein. Der Wärmeübertrager des Kühlsystems ist vorzugsweise eingerichtet, Wärme abzuführen von dem wenigstens einen Energiespeicher über den Fluidkreislauf (beispielsweise über eine Fluid-Hinleitung und/oder eine Fluid-Rückleitung, die die Fluidleitung des Wärmeübertragers mit dem Fluidkreislauf verbinden) zu dem Wärmeübertrager. The fluid line of the heat exchanger can be an internal fluid line of the heat exchanger. The heat exchanger of the cooling system is preferably set up to dissipate heat from the at least one energy store via the fluid circuit (for example via a fluid forward line and/or a fluid return line, which connect the fluid line of the heat exchanger to the fluid circuit) to the heat exchanger.
In bevorzugten Ausführungsformen umfasst das Kühlsystem weiter wenigstens ein Ventil, mit dem ein dem Ventil zugeordnetes Ende der Fluidleitung des Wärmeübertragers des Kühlsystems selektiv mit dem Fluidkreislauf in Fluidkommunikation verbindbar ist. In preferred embodiments, the cooling system further comprises at least one valve, with which an end of the fluid line of the heat exchanger of the cooling system assigned to the valve can be selectively connected to the fluid circuit in fluid communication.
Das Ventil ist somit eingerichtet, ein Durchströmen der Fluidleitung des Wärmeübertragers selektiv zu gestatten. Dadurch kann im Fährbetrieb des Kraftfahrzeugs ein Durchströmen der Fluidleitung des Wärmeübertragers unterbleiben. Dies erhöht die Effizienz der Kühlung im Fährbetrieb. Beispielsweise kann das Kühlsystem zwei Ventile umfassen, mit denen die einemjeweiligen Ventil zugeordneten Enden der Fluidleitung des Wärmeübertragers des Kühlsystems selektiv mit dem Fluidkreislauf in Fluidkommunikation verbindbar sind. Beispielsweise kann ein erstes Ende der internen Fluidleitung des Wärmeübertragers über eine Fluid- Hinleitung mit einem ersten Ventil verbunden sein, und/oder ein zweites Ende der internen Fluidleitung des Wärmeübertragers kann über eine Fluid-Rückleitung mit einem zweiten Ventil verbunden sein. Beispielsweise kann die thermische Kupplung getrennt von dem Ventil oder den Ventilen angeordnet sein. Beispielsweise kann die thermische Kupplung über die Fluid-Hinleitung und/oder die Fluid-Rückleitung mit dem Ventil bzw. den Ventilen verbunden sein. Vorzugsweise ist mit dem Ventil je nach Stellung des Ventils das dem Ventil zugeordnete Ende der Fluidleitung oder ein dem Ventil zugeordneter Anschluss eines Fluid-Luft-Kühlers des wenigstens einen Fluidkreislaufs selektiv mit dem Fluidkreislauf in Fluidkommunikation verbindbar. Vorzugsweise ist das Ventil ein 3/2 -Wege- Ventil, also ein Ventil mit drei Anschlüssen und zwei Schaltstellungen. The valve is thus set up to selectively allow flow through the fluid line of the heat exchanger. This means that there is no flow through the fluid line of the heat exchanger when the motor vehicle is in ferry mode. This increases the efficiency of cooling in ferry operations. For example, the cooling system can comprise two valves with which the ends of the fluid line of the heat exchanger of the cooling system assigned to a respective valve can be selectively connected to the fluid circuit in fluid communication. For example, a first end of the internal fluid line of the heat exchanger can be connected to a first valve via a fluid supply line, and/or a second end of the internal fluid line of the heat exchanger can be connected to a second valve via a fluid return line. For example, the thermal coupling can be arranged separately from the valve or valves. For example, the thermal coupling can be connected to the valve or valves via the fluid supply line and/or the fluid return line. Depending on the position of the valve, the end of the fluid line assigned to the valve or a connection of a fluid-air cooler of the at least one fluid circuit assigned to the valve can preferably be selectively connected to the fluid circuit in fluid communication with the valve. The valve is preferably a 3/2-way valve, i.e. a valve with three connections and two switching positions.
Beispielsweise kann der Wärmeübertrager als Wärmeleitblock ausgeführt sein, der mit der inneren Fluidleitung (einem Fluidkanal) versehen ist. In Ausführungsformen hat die Wärmekontaktwand des Wärmeübertrager des Kühlsystems die Form einer Platte. For example, the heat exchanger can be designed as a heat-conducting block that is provided with the inner fluid line (a fluid channel). In embodiments, the thermal contact wall of the heat exchanger of the cooling system has the shape of a plate.
Die Wärmekontaktwand des Wärmeübertrager des Kühlsystems kann beispielsweise freiliegend oder hinter einer Tür, z.B. einer Klappe, an der thermischen Kupplung oder an dem Kraftfahrzeug angeordnet sein, oder zu einer solchen Anordnung am Kraftfahrzeug eingerichtet sein. The thermal contact wall of the heat exchanger of the cooling system can, for example, be arranged exposed or behind a door, e.g. a flap, on the thermal coupling or on the motor vehicle, or can be set up for such an arrangement on the motor vehicle.
Vorzugsweise bildet die Wärmekontaktwand des Wärmeübertrager des Kühlsystems einen Anschlag für die Wärmekontaktwand des externen Wärmeübertragers. Dies ermöglicht eine definierte Kontaktierungsposition, an der der wärmeleitende Kontakt hergestellt wird. Außerdem kann so beispielsweise das Herstellen oder Aufrechterhalten eines Anpressdrucks zwischen den Wärmekontaktwänden vereinfacht werden, da ein Anpressdruck in diejenige Richtung ausgeübt werden kann, in der die Annäherung der Wärmekontaktwände zum Kontakt oder Anschlag hergestellt wird. Die Kontaktierungsposition der Wärmekontaktwand des externen Wärmeübertragers entspricht einer Kopplungsposition des externen Wärmeübertragers und/oder einer Kopplungsposition der externen thermischen Kupplung. Die Ausdrücke Kontaktierungsposition und Kopplungsposition werden hierin austauschbar verwendet. Preferably, the thermal contact wall of the heat exchanger of the cooling system forms a stop for the thermal contact wall of the external heat exchanger. This enables a defined contacting position at which the heat-conducting contact is made. In addition, for example, establishing or maintaining a contact pressure between the thermal contact walls can be simplified, since a contact pressure can be exerted in the direction in which the thermal contact walls are brought closer to the contact or stop. The contacting position of the thermal contact wall of the external heat exchanger corresponds to a coupling position of the external heat exchanger and/or a coupling position of the external thermal coupling. The terms contacting position and coupling position are used interchangeably herein.
In Ausführungsformen hat die Wärmekontaktwand des Wärmeübertragers des Kühlsystems eine der folgenden Formen: eine Platte; eine Umfangswand oder innere Wand einer Einschuböffnung für eine komplementäre Wärmekontaktwand eines externen Wärmeübertragers; eine schüsselförmige Wand; oder eine Umfangswand oder äußere Wand eines Doms zum Umgreifen durch eine komplementäre Wärmekontaktwand eines externen Wärmeübertragers. In embodiments, the thermal contact wall of the heat exchanger of the cooling system has one of the following forms: a plate; a peripheral wall or inner wall of an insertion opening for a complementary thermal contact wall of an external heat exchanger; a bowl-shaped wall; or a peripheral wall or outer wall of a dome to be encompassed by a complementary thermal contact wall of an external heat exchanger.
Die Wärmekontaktwand oder die Platte kann beispielsweise eben, konvex oder konkav gebogen, gewellt oder geriffelt sein. Eine gewellte oder geriffelte Oberfläche ermöglicht eine Verzahnung der Wärmekontaktwände und eine größere Kontaktfläche. Die Umfangswand oder innere Wand der Einschuböffnung kann insbesondere rohrförmig gebogen, kegelförmig gebogen und/oder schüsselförmig sein. Der Dom kann insbesondere zylindrisch oder kegelförmig sein. The thermal contact wall or the plate can, for example, be flat, curved convexly or concavely, corrugated or corrugated. A corrugated or ridged surface allows for interlocking of the thermal contact walls and a larger contact area. The peripheral wall or inner wall of the insertion opening can in particular be bent into a tubular shape, bent into a cone shape and/or bowl-shaped. The dome can in particular be cylindrical or conical.
Die Umfangswand verläuft um eine Achse, die beispielsweise einer Einschubrichtung bzw. einer Aufschieberichtung des externen Wärmeübertragers entsprechen kann. Die Umfangswand, die innere Wand oder die äußere Wand kann in der Einschubrichtung bzw. in Längsrichtung des Doms gekrümmt sein. Vorzugsweise verjüngt sich die Einschuböffnung in Einschubrichtung. Dies ermöglicht eine definierte Kontaktierungsposition (Einschubposition), an der der wärmeleitende Kontakt (durch Anschlägen) hergestellt wird. Vorzugsweise weitet sich der Dom in Richtung hin zu einer Basis auf, z.B. in Aufschieberichtung. Dies ermöglicht eine definierte Kontaktierungsposition (oder Aufschiebeposition), an der der wärmeleitende Kontakt (durch Anschlägen) hergestellt wird. The peripheral wall runs around an axis, which can correspond, for example, to an insertion direction or a push-on direction of the external heat exchanger. The peripheral wall, the inner wall or the outer wall may be curved in the insertion direction or in the longitudinal direction of the dome. The insertion opening preferably tapers in the insertion direction. This enables a defined contacting position (insertion position) at which the heat-conducting contact is made (by stops). Preferably, the dome widens in the direction of a base, for example in the sliding direction. This enables a defined contacting position (or sliding position) at which the heat-conducting contact is made (by stops).
In Ausführungsformen weist das Kühlsystem eine weitere Wand auf, wobei die Wärmekontaktwand des Wärmeübertragers des Kühlsystems und die weitere Wand einander gegenüberliegend angeordnet sind, wobei ein Zwischenraum zwischen den beiden Wänden zum Einschieben des externen Wärmeübertragers in den Zwischenraum eingerichtet ist. In embodiments, the cooling system has a further wall, with the thermal contact wall of the heat exchanger of the cooling system and the further wall being arranged opposite one another, with a gap between the two walls being set up for inserting the external heat exchanger into the gap.
Die weitere Wand kann eine Positionierung des externen Wärmeübertragers vereinfachen. Beispielsweise können die Wärmekontaktwand und die weitere Wand eine Einschuböffnung für den externen Wärmeübertrager bilden. Die beiden Wände können beispielsweise einen einheitlichen Abstand haben (oder parallel sein) oder in einem Winkel zueinander stehen. Bei der weiteren Wand kann es sich um eine weitere Wärmekontaktwand des Wärmeübertragers handeln, wobei die weitere Wärmekontaktwand ausgebildet ist, eine weitere komplementäre Wärmekontaktwand des externen Wärmeübertragers wärmeleitend zu kontaktieren. Die Kontaktfläche zur Wärmeübertragung kann somit vergrößert werden. Der Wärmeübertrager kann beispielsweise zur wärmeleitenden Übertragung von Wärme zwischen einem Fluid in der Fluidleitung und der jeweiligen Wärmekontaktwand des Wärmeübertragers eingerichtet sein. Der Zwischenraum kann eine Einschuböffnung für die Wärmekontaktwand oder einander gegenüberliegende Wärmekontaktwände des externen Wärmeübertragers bilden. In Ausführungsformen verringert sich ein Abstand zwischen den beiden Wänden (oder eine Breite des Zwischenraums) in Einschubrichtung. Dies ermöglicht eine definierte Kontaktierungsposition (Einschubposition), an der der wärmeleitende Kontakt (durch Anschlägen) hergestellt wird. The additional wall can simplify positioning of the external heat exchanger. For example, the thermal contact wall and the further wall can form an insertion opening for the external heat exchanger. For example, the two walls can be a uniform distance apart (or parallel) or at an angle to each other. The further wall can be a further thermal contact wall of the heat exchanger, with the further thermal contact wall being formed as a further complementary one To contact the thermal contact wall of the external heat exchanger in a heat-conducting manner. The contact area for heat transfer can thus be increased. The heat exchanger can, for example, be set up for the heat-conducting transfer of heat between a fluid in the fluid line and the respective thermal contact wall of the heat exchanger. The gap can form an insertion opening for the thermal contact wall or opposing thermal contact walls of the external heat exchanger. In embodiments, a distance between the two walls (or a width of the gap) decreases in the insertion direction. This enables a defined contacting position (insertion position) at which the heat-conducting contact is made (by stops).
Vorzugsweise umfasst der wenigstens eine Fluidkreislauf einen ersten Fluidkreislauf, der den erwähnten Fluid-Luft-Kühler umfasst. Vorzugweise ist der Fluid-Luft-Kühler eingerichtet, Abwärme von dem ersten Fluidkreislauf an die Umgebungsluft abzuführen. Vorzugsweise ist die Fluidleitung des Wärmeübertragers des Kühlsystems eingerichtet, von einem Fluid des ersten Fluidkreislaufs durchströmt zu werden. Preferably, the at least one fluid circuit comprises a first fluid circuit which includes the mentioned fluid-air cooler. Preferably, the fluid-air cooler is set up to dissipate waste heat from the first fluid circuit to the ambient air. Preferably, the fluid line of the heat exchanger of the cooling system is set up to be flowed through by a fluid from the first fluid circuit.
Der Fluid-Luft-Kühler kann beispielsweise eingerichtet sein, elektrisch betrieben zu werden. Der erste Fluidkreislauf kann eine Pumpe umfassen. Ein Fluid des ersten Fluidkreislaufs kann beispielsweise ein Fluid auf Wasserbasis sein, z.B. überwiegend aus Wasser bestehen. Ventile, insbesondere die beschriebenen Ventile, können beispielsweise die Fluidleitung des Wärmeübertragers des Kühlsystems selektiv mit dem ersten Fluidkreislauf verbinden. Der Wärmeübertrager des Kühlsystems kann beispielsweise parallel zu dem Fluid-Luft-Kühler in dem ersten Fluidkreislauf angeordnet sein. Ein Kühlsystem mit einem Fluidkreislauf, bei dem Abwärme eines Energiespeichers vom Fluid aufgenommen und an Umgebungsluft abgegeben wird, kann auch als passive Kühlung bezeichnet werden. The fluid-air cooler can, for example, be set up to be operated electrically. The first fluid circuit may include a pump. A fluid of the first fluid circuit can, for example, be a water-based fluid, e.g. consist predominantly of water. Valves, in particular the valves described, can, for example, selectively connect the fluid line of the heat exchanger of the cooling system to the first fluid circuit. The heat exchanger of the cooling system can, for example, be arranged parallel to the fluid-air cooler in the first fluid circuit. A cooling system with a fluid circuit in which waste heat from an energy storage device is absorbed by the fluid and released into the ambient air can also be referred to as passive cooling.
Vorzugsweise umfasst der wenigstens eine Fluidkreislauf einen zweiten Fluidkreislauf, der ein Fluid in Form eines Kältemittels, einen Kompressor und/oder ein Expansionsventil aufweist, und/oder einen dritten Fluidkreislauf, der wenigstens eine Kühlleitung umfasst, die in thermischem Kontakt mit dem wenigstens einen Energiespeicher ist. Beispielsweise kann der zweite Fluidkreislauf mit dem ersten Fluidkreislauf über einen Wärmetauscher oder Verflüssiger thermisch gekoppelt sein. Beispielsweise kann der dritte Fluidkreislauf mit dem zweiten Fluidkreislauf (oder ggf. mit dem ersten Fluidkreislauf) über einen Wärmetauscher oder Kühler oder Verdampfer thermisch gekoppelt sein. Preferably, the at least one fluid circuit comprises a second fluid circuit which has a fluid in the form of a refrigerant, a compressor and/or an expansion valve, and/or a third fluid circuit which comprises at least one cooling line which is in thermal contact with the at least one energy storage device . For example, the second fluid circuit can be thermally coupled to the first fluid circuit via a heat exchanger or condenser. For example, the third fluid circuit can be thermally coupled to the second fluid circuit (or possibly to the first fluid circuit) via a heat exchanger or cooler or evaporator.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst der wenigstens eine Fluidkreislauf: den ersten Fluidkreislauf, wobei der erste Fluidkreislauf den Fluid-Luft-Kühler umfasst, der eingerichtet ist, Abwärme von dem ersten Fluidkreislauf an die Umgebungsluft abzuführen; den zweiten Fluidkreislauf, der mit dem ersten Fluidkreislauf über einen Wärmetauscher oder Verflüssiger thermisch gekoppelt ist, wobei der zweite Fluidkreislauf ein Fluid in Form eines Kältemittels sowie vorzugsweise einen Kompressor (oder Verdichter), einen Verdampfer und/oder ein Expansionsventil aufweist; und den dritten Fluidkreislauf, der mit dem zweiten Fluidkreislauf über einen Wärmetauscher oder Kühler oder über den Verdampfer (Chiller) thermisch gekoppelt ist, wobei der dritte Fluidkreislauf wenigstens eine Kühlleitung umfasst, die in thermischem Kontakt mit dem wenigstens einen Energiespeicher ist. In a preferred embodiment, the at least one fluid circuit comprises: the first fluid circuit, wherein the first fluid circuit comprises the fluid-air cooler, which is designed to dissipate waste heat from the first fluid circuit to the ambient air; the second fluid circuit, which is thermally coupled to the first fluid circuit via a heat exchanger or condenser, the second fluid circuit having a fluid in the form of a refrigerant and preferably a compressor (or compressor), an evaporator and / or an expansion valve; and the third fluid circuit, which is thermally coupled to the second fluid circuit via a heat exchanger or cooler or via the evaporator (chiller), the third fluid circuit comprising at least one cooling line which is in thermal contact with the at least one energy storage.
Der Verflüssiger kann als Kondensator bezeichnet werden. Der Verdampfer (des zweiten Fluidkreislaufs) kann ein Chiller oder Kühler (des dritten Fluidkreislaufs) sein. The condenser can be called a condenser. The evaporator (of the second fluid circuit) can be a chiller or cooler (of the third fluid circuit).
Die drei Fluidkreisläufe bilden somit eine Kette zur Übertragung von Wärme. Das Kühlsystem führt eine aktive Kühlung des Energiespeichers durch und kann ähnlich wie eine Wärmepumpe arbeiten. Insbesondere kann der erste Fluidkreislauf eine höhere Fluidtemperatur aufweisen als der mit dem Energiespeicher in Kontakt stehende (dritte) Fluidkreislauf. The three fluid circuits thus form a chain for the transfer of heat. The cooling system actively cools the energy storage and can work similarly to a heat pump. In particular, the first fluid circuit can have a higher fluid temperature than the (third) fluid circuit in contact with the energy storage.
Vorzugsweise ist die Fluidleitung des Wärmeübertragers des Kühlsystems eingerichtet, von einem Fluid des ersten, zweiten oder dritten Fluidkreislaufs durchströmt zu werden. Beispielsweise kann die Fluidleitung im zweiten Fluidkreislauf parallel zu dem Wärmetauscher oder Verflüssiger angeordnet sein, der den zweiten Fluidkreislauf mit dem ersten Fluidkreislauf koppelt. Besonders bevorzugt ist die Fluidleitung des Wärmeübertragers des Kühlsystems eingerichtet, von einem Fluid des ersten Fluidkreislaufs durchströmt zu werden. Der erste Fluidkreislauf kann eine Pumpe und den Fluid-Luft-Kühler umfassen und kann einen Ausgleichbehälter (Expansionstank) umfassen. Der erste Fluidkreislauf kann beispielsweise für eine Fluidtemperatur in einem Bereich ausgelegt sein, der 60°C umfasst, insbesondere eine Fluidtemperatur am Ausgang (Ablauf) des Wärmetauschers oder Verflüssigers. In der Kombination der Fluidkreisläufe kann dadurch eine effiziente Übertragung von Wärme an den externen Wärmeübertrager erfolgen. Außerdem kann im Fährbetrieb eine effiziente Wärmeabfuhr an Umgebungsluft erfolgen, auch bei einer Umgebungstemperatur von z.B. 30°C. Preferably, the fluid line of the heat exchanger of the cooling system is set up to be flowed through by a fluid from the first, second or third fluid circuit. For example, the fluid line in the second fluid circuit can be arranged parallel to the heat exchanger or condenser, which couples the second fluid circuit to the first fluid circuit. Particularly preferably, the fluid line of the heat exchanger of the cooling system is set up to be flowed through by a fluid from the first fluid circuit. The first fluid circuit may include a pump and the fluid-air cooler and may include an expansion tank. The first fluid circuit can, for example, be designed for a fluid temperature in a range that includes 60 ° C, in particular a fluid temperature at the outlet (outlet) of the heat exchanger or condenser. By combining the fluid circuits, heat can be transferred efficiently to the external heat exchanger. In addition, efficient heat dissipation into the ambient air can take place during ferry operations, even at an ambient temperature of, for example, 30°C.
Der zweite Fluidkreislauf kann auch als Kühlkreislauf bezeichnet werden. Der Kompressor kann beispielsweise eingerichtet sein, elektrisch betrieben zu werden. Der zweite Fluidkreislauf kann beispielsweise für einen Betrieb eingerichtet sein, bei dem das Kältemittel in einem Zyklus Phasenübergänge zwischen einem flüssigen Zustand und einem Dampfzustand durchläuft. Das Kältemittel kann beispielsweise eingerichtet sein, im (mit dem ersten Fluidkreislauf gemeinsamen) Wärmetauscher oder Verflüssiger verflüssigt oder gekühlt zu werden unter Abgabe von Wärme an das Fluid des ersten Fluidkreislaufs. Das Kältemittel kann beispielsweise eingerichtet sein, am Expansionsventil expandiert zu werden, was eine Abkühlung des Kältemittels zur Folge hat, wobei das expandierte Kältemittel am (mit dem dritten Fluidkreislauf gemeinsamen) Wärmetauscher oder Kühler oder Verdampfer Wärme von dem Fluid des dritten Fluidkreislaufs aufnimmt. Das Expansionsventil ist vorzugsweise an diesem Küh- ler/Verdampfer angeordnet. Durch den zweiten Fluidkreislauf kann somit Wärme auf einem höheren/niedrigeren Temperaturniveau von dem dritten Fluidkreislauf zum ersten Fluidkreislauf übertragen werden. The second fluid circuit can also be referred to as a cooling circuit. The compressor can, for example, be set up to be operated electrically. The second fluid circuit can, for example, be set up for operation in which the refrigerant undergoes phase transitions between a liquid state and a vapor state in a cycle. The refrigerant can, for example, be set up to be liquefied or cooled in the heat exchanger or condenser (shared with the first fluid circuit) while releasing heat to the fluid of the first fluid circuit. The refrigerant can, for example, be set up to be expanded at the expansion valve, which results in cooling of the refrigerant, with the expanded refrigerant absorbing heat from the fluid of the third fluid circuit at the heat exchanger or cooler or evaporator (shared with the third fluid circuit). The expansion valve is preferably arranged on this cooler/evaporator. Heat can therefore be transferred at a higher/lower temperature level from the third fluid circuit to the first fluid circuit through the second fluid circuit.
Der dritte Fluidkreislauf kann beispielsweise für eine Fluidtemperatur in einem Bereich ausgelegt sein, der 22°C umfasst. Der dritte Fluidkreislauf kann somit für eine optimale Betriebstemperatur des Energiespeichers ausgelegt sein. Der dritte Fluidkreislauf kann eine Pumpe umfassen und kann einen Ausgleichbehälter (Expansionstank) umfassen. Ein Fluid des ersten Fluidkreislaufs kann beispielsweise ein Fluid auf Wasserbasis sein, z.B. überwiegend aus Wasser bestehen und/oder ein Wasser-Glykol-Gemisch sein. Die Kette der drei Fluidkreisläufe ermöglicht somit eine optimale Betriebstemperatur des Energiespeichers und zugleich eine effiziente Abführung von Abwärme des Energiespeichers und deren Übertragung an den externen Wärmeübertrager, oder (insbesondere im Fährbetrieb des Kraftfahrzeugs) deren Abgabe an die Umgebungsluft auch bei höheren Umgebungstemperaturen. Der erste und der dritte Fluidkreislauf kann das gleiche bzw. dasselbe Kühlmittel enthalten, und beide können miteinander fluidisch kommunizierend verbunden sein. Die Kreisläufe können sich z.B. einen Ausgleichbehälter teilen. The third fluid circuit can, for example, be designed for a fluid temperature in a range that includes 22 ° C. The third fluid circuit can thus be designed for an optimal operating temperature of the energy storage device. The third fluid circuit may include a pump and may include an expansion tank. A fluid of the first fluid circuit can, for example, be a water-based fluid, for example consist predominantly of water and/or be a water-glycol mixture. The chain of three fluid circuits thus enables an optimal operating temperature of the energy storage and at the same time an efficient removal of waste heat from the energy storage and its transfer to the external heat exchanger, or (especially in ferry operation of the motor vehicle) its release into the ambient air even at higher ambient temperatures. The first and third fluid circuits may contain the same coolant, and both may be connected to one another in fluid communication. The circuits can, for example, share an expansion tank.
In Ausführungsformen umfasst das Kühlsystem, oder insbesondere die thermische Kupplung Verankerungsmittel, Haltemittel oder eine Halterung zum Halten des externen Wärmeübertragers in der Kopplungsposition. In embodiments, the cooling system, or in particular the thermal coupling, comprises anchoring means, holding means or a holder for holding the external heat exchanger in the coupling position.
Der Wärmeübertrager des Kühlsystems und/oder der externe Wärmeübertrager können beispielsweise Anpressmittel aufweisen zum Ausüben eines Anpressdrucks, mit dem der externe Wärmeübertrager an die Wärmekontaktwand des Wärmeübertragers des Kühlsystems angepresst wird. Beispielsweise können die thermische Kupplung des Kühlsystems und/oder die externe thermische Kupplung die Anpressmittel aufweisen. The heat exchanger of the cooling system and/or the external heat exchanger can, for example, have contact pressure means for exerting a contact pressure with which the external heat exchanger is pressed against the thermal contact wall of the heat exchanger of the cooling system. For example, the thermal coupling of the cooling system and/or the external thermal coupling can have the pressing means.
Die Verankerungsmittel, die Haltemittel oder die Halterung können beispielsweise dazu eingerichtet sein, dass beim Halten des externen Wärmeübertragers in der Kopplungsposition ein Anpressdruck auf den externen Wärmeübertrager ausgeübt wird, mit dem der externe Wärmeübertrager an die Wärmekontaktwand des Wärmeübertragers des Kühlsystems angepresst wird. Der Anpressdruck kann beispielsweise durch die Gravitation erzeugt werden und/oder durch eine mechanische Kraft / Federkraft. The anchoring means, the holding means or the holder can, for example, be set up so that when the external heat exchanger is held in the coupling position, a contact pressure is exerted on the external heat exchanger, with which the external heat exchanger is pressed against the thermal contact wall of the heat exchanger of the cooling system. The contact pressure can be generated, for example, by gravity and/or by a mechanical force/spring force.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird ein Kraftfahrzeug mit einem Energiespeichersystem der beschriebenen Art zur Verfügung gestellt. Beispielsweise kann die Wärmekontaktwand des Wärmetauschers für den externen Wärmeübertrager zugänglich an einer Seite des Kraftfahrzeugs angeordnet sein. According to one aspect of the invention, a motor vehicle is provided with an energy storage system of the type described. For example, the thermal contact wall of the heat exchanger can be arranged on one side of the motor vehicle so that it is accessible to the external heat exchanger.
Die Wärmekontaktwand kann beispielsweise getrennt von dem wenigstens einen Energiespeicher angeordnet sein. Die Wärmekontaktwand kann beispielsweise an einer linken Seite, einer rechten Seite, einer Vorderseite, einer Rückseite, einer Oberseite oder einer Unterseite des Kraftfahrzeugs angeordnet sein. The thermal contact wall can, for example, be arranged separately from the at least one energy storage device. The heat contact wall can, for example, be on a left side, be arranged on a right side, a front, a back, a top or a bottom of the motor vehicle.
Das Energiespeichersystem kann wenigstens einen Kupplungsbereich aufweisen, in dem die Wärmekontaktwand des Wärmetauschers benachbart zu der elektrischen Kupplung angeordnet ist, beispielsweise an einer Seite des Kraftfahrzeugs. Ein Kupplungsbereich kann beispielsweise an einer linken Seite, einer rechten Seite und/oder einer Unterseite des Kraftfahrzeugs angeordnet sein. The energy storage system can have at least one coupling region in which the thermal contact wall of the heat exchanger is arranged adjacent to the electrical coupling, for example on one side of the motor vehicle. A coupling area can be arranged, for example, on a left side, a right side and/or an underside of the motor vehicle.
Beispielsweise kann das Energiespeichersystem oder das Kraftfahrzeug wenigstens eine Kupplung aufweisen, die die elektrische Kupplung und die thermische Kupplung umfasst, wobei vorzugsweise die thermische Kupplung benachbart zu der elektrischen Kupplung angeordnet ist. For example, the energy storage system or the motor vehicle may have at least one clutch that includes the electrical clutch and the thermal clutch, wherein preferably the thermal clutch is arranged adjacent to the electrical clutch.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird eine der genannten Aufgaben gelöst durch eine Ladestation zum Zurverfügungstellen von elektrischer Energie zum Laden wenigstens eines Energiespeichers eines Energiespeichersystems eines Kraftfahrzeugs, wobei die Ladestation umfasst: According to one aspect of the invention, one of the stated tasks is achieved by a charging station for providing electrical energy for charging at least one energy storage device of an energy storage system of a motor vehicle, the charging station comprising:
Ein Kühlsystem und/oder einen Wärmespeicher und/oder wenigstens einen Fluidkreislauf; und eine thermische Kupplung, umfassend einen Wärmeübertrager zum Übertragen von Wärme zwischen einem fahrzeugseitigen Wärmeübertrager einer fahrzeugseitigen thermischen Kupplung und dem Kühlsystem und/oder dem Wärmespeicher und/oder einem Fluid des wenigstens einen Fluidkreislaufs der Ladestation durch Wärmeleitung, wobei der Wärmeübertrager eine Wärmekontaktwand aufweist, die ausgebildet ist, eine Wärmekontaktwand des fahrzeugseitigen Wärmeübertragers wärmeleitend zu kontaktieren. A cooling system and/or a heat storage and/or at least one fluid circuit; and a thermal clutch, comprising a heat exchanger for transferring heat between a vehicle-side heat exchanger of a vehicle-side thermal clutch and the cooling system and/or the heat storage and/or a fluid of the at least one fluid circuit of the charging station by thermal conduction, wherein the heat exchanger has a thermal contact wall, which is designed to contact a heat contact wall of the vehicle-side heat exchanger in a heat-conducting manner.
Vorzugsweise umfasst die Ladestation weiter eine elektrische Kupplung (z.B. eine Hochvolt- Kupplung), umfassend elektrische Kontakte für die Zufuhr (bzw. Abfuhr) von elektrischer Energie zum Laden (bzw. zum Entladen) des wenigstens einen Energiespeichers eines Energiespeichersystems eines Kraftfahrzeugs. Die Ladeinfrastruktur stellt somit vorzugsweise nicht nur den Ladestrom sondern auch eine aktive Kühlleistung bereit. Das Kühlsystem kann den Wärmespeicher und/oder den wenigstens einen Fluidkreislauf umfassen. Die Ladestation kann den Wärmespeicher umfassen, oder ein Wärmespeicher kann extern zur Ladestation angeordnet sein. Das Kühlsystem oder der wenigstens eine Fluidkreislauf kann mit einem zur Ladestation extern angeordneten Wärmespeicher verbunden sein. Der Wärmeübertrager der Ladestation kann eingerichtet sein zum Übertragen von Wärme zwischen einem fahrzeugseitigen Wärmeübertrager einer fahrzeugseitigen thermischen Kupplung und dem Kühlsystem der Ladestation. Das Übertragen der Wärme kann durch Wärmeleitung erfolgen. Preferably, the charging station further comprises an electrical coupling (eg a high-voltage coupling), comprising electrical contacts for the supply (or removal) of electrical energy for charging (or discharging) the at least one energy storage of an energy storage system of a motor vehicle. The charging infrastructure therefore preferably provides not only the charging current but also active cooling capacity. The cooling system can include the heat storage and/or the at least one fluid circuit. The charging station can include the heat storage, or a heat storage can be arranged external to the charging station. The cooling system or the at least one fluid circuit can be connected to a heat storage device arranged externally to the charging station. The heat exchanger of the charging station can be set up to transfer heat between a vehicle-side heat exchanger of a vehicle-side thermal clutch and the cooling system of the charging station. The heat can be transferred through heat conduction.
Der Wärmespeicher kann es ermöglichen, die übertragene Wärmeenergie zwischenzuspeichern, z.B. für andere Verbraucher. Der Wärmespeicher kann beispielsweise integriert sein in Gebäudetechnik z.B. zur Heizung oder Warmwasserbereitstellung. Die Gebäudetechnik kann z.B. Gebäudetechnik eines Rasthofs sein. Dies ermöglicht auch eine Integration in bestehende Haustechnik (Heizung, Warmwasserbereitstellung) z.B. von Rasthöfen. The heat storage can make it possible to temporarily store the transferred heat energy, e.g. for other consumers. The heat storage can, for example, be integrated into building technology, e.g. for heating or hot water provision. The building technology can be, for example, the building technology of a rest stop. This also enables integration into existing building technology (heating, hot water provision), e.g. in rest stops.
Die Ladestation kann insbesondere zum Export von Wärmeenergie eingerichtet sein, z.B. in mobilen Wärmespeichern oder in ein Fernwärmenetz. Der Wärmespeicher kann ein mobiler Wärmespeicher sein. The charging station can be set up in particular to export thermal energy, e.g. in mobile heat storage or in a district heating network. The heat storage can be a mobile heat storage.
In Ausführungsformen weist die Ladestation eine Kupplung auf, an der die thermische Kupplung der Ladestation und die elektrische Kupplung der Ladestation benachbart zueinander angeordnet sind. Die Kupplung und/oder die thermische Kupplung der Ladestation kann insbesondere eine bewegliche Kupplung sein. Sie kann beispielsweise eingerichtet sein, von einem Benutzer manuell oder motorisch mit einer fahrzeugseitigen Kupplung gekoppelt zu werden. Die Ladestation kann einen Roboterarm oder einen (motorisch) ausfahrbaren Stempel (z.B. eine Hebebühne) umfassen, an dem die Kupplung angeordnet ist. In embodiments, the charging station has a coupling on which the thermal coupling of the charging station and the electrical coupling of the charging station are arranged adjacent to one another. The coupling and/or the thermal coupling of the charging station can in particular be a movable coupling. For example, it can be set up to be coupled manually or by motor to a vehicle-side clutch by a user. The charging station can include a robot arm or a (motor-driven) extendable stamp (e.g. a lifting platform) on which the coupling is arranged.
In Ausführungsformen umfasst die Ladestation (oder das Kühlsystem der Ladestation) ein Kühlsystem und/oder wenigstens einen Fluidkreislauf, und die thermische Kupplung der Ladestation ist über ein Schlauchsystem des Kühlsystems und/oder des wenigstens einen Fluidkreislaufs mit einem stationären Teil der Ladestation verbunden. Das Schlauchsystem kann wenigstens einen Schlauch umfassen. Vorzugsweise umfasst das Schlauchsystem Fluidleitungen zum Transportieren eines Fluids des wenigstens einen Fluidkreislaufs der Ladestation zwischen der Kupplung und einem stationären Teil der Ladestation. Die Fluidleitungen können jeweils einen Schlauch umfassen. In embodiments, the charging station (or the cooling system of the charging station) comprises a cooling system and/or at least one fluid circuit, and the thermal coupling of the charging station is connected to a stationary part of the charging station via a hose system of the cooling system and/or the at least one fluid circuit. The hose system can include at least one hose. Preferably, the hose system comprises fluid lines for transporting a fluid of the at least one fluid circuit of the charging station between the coupling and a stationary part of the charging station. The fluid lines can each comprise a hose.
Vorzugsweise umfasst die Ladestation wenigstens ein Kabel zum Zurverfügungstellen von elektrischer Energie zum Laden wenigstens einen Energiespeichers eines Energiespeichersystems eines Kraftfahrzeugs, z.B. ein Hochvolt-Kabel. Das Kabel umfasst elektrische Leitungen, z.B. Hochvolt-(HV-)Leitungen. Das Kabel oder die elektrischen Leitungen können entlang des Schlauchsystems angeordnet sein. Beispielsweise können die Kühlleitungen (das Schlauchsystem) und das Kabel in einem Strang zusammengefasst sein, sodass z.B. die HV- Leitungen auch gekühlt werden. Das Kabel oder die elektrischen Leitungen können die elektrische Kupplung der Ladestation mit einem stationären Teil der Ladestation verbinden. Preferably, the charging station comprises at least one cable for providing electrical energy for charging at least one energy storage device of an energy storage system of a motor vehicle, for example a high-voltage cable. The cable includes electrical cables, e.g. high-voltage (HV) cables. The cable or the electrical lines can be arranged along the hose system. For example, the cooling lines (the hose system) and the cable can be combined in one strand so that, for example, the HV lines are also cooled. The cable or the electrical lines can connect the electrical coupling of the charging station to a stationary part of the charging station.
In Ausführungsformen weist die Ladestation (oder das Kühlsystem der Ladestation) eine Kühlanlage, insbesondere in Form eines Luftkühlers, zum Kühlen eines Fluids des Kühlsystems und/oder des Wärmespeichers und/oder des wenigstens einen Fluidkreislaufs auf. Der Luftkühler kann einen Konvektionsluftkühler zum Kühlen eines Fluids des Kühlsystems und/oder des wenigstens einen Fluidkreislaufs durch Konvektion von Umgebungsluft umfassen. In embodiments, the charging station (or the cooling system of the charging station) has a cooling system, in particular in the form of an air cooler, for cooling a fluid of the cooling system and/or the heat storage and/or the at least one fluid circuit. The air cooler may comprise a convection air cooler for cooling a fluid of the cooling system and/or the at least one fluid circuit by convection of ambient air.
In gleicher Weise wie die fahrzeugseitige thermische Kupplung ist die thermische Kupplung der Ladestation eingerichtet, Wärme ohne Austausch eines Fluids zwischen dem fahrzeugseitigen Wärmeübertrager und dem Kühlsystem und/oder dem Wärmespeicher und/oder einem Fluid des wenigstens einen Fluidkreislaufs der Ladestation zu übertragen, insbesondere ohne Austausch eines Fluids des wenigstens einen Fluidkreislaufs der Ladestation, und insbesondere bei fluidischer Entkopplung. Die hierin beschriebenen thermischen Kupplungen können jeweils auch als Wärmeleitungs-Kupplung bezeichnet werden. Die thermische Kupplung kann auch als diatherme Kupplung bezeichnet werden. In the same way as the vehicle-side thermal coupling, the thermal coupling of the charging station is set up to transmit heat without exchanging a fluid between the vehicle-side heat exchanger and the cooling system and/or the heat storage and/or a fluid of the at least one fluid circuit of the charging station, in particular without exchanging a fluid of the at least one fluid circuit of the charging station, and in particular with fluidic decoupling. The thermal couplings described herein can also each be referred to as heat conduction couplings. Thermal coupling can also be called diathermic coupling.
Die Ladestation kann den Wärmespeicher und den wenigstens einen Fluidkreislauf umfassen. Der wenigstens eine Fluidkreislauf kann eine Pumpe und einen Ausgleichbehälter (Expansionstank) umfassen. Der wenigstens eine Fluidkreislauf kann eingerichtet sein zum Übertragen oder Transportieren von Wärme zwischen dem Wärmeübertrager der Ladestation und dem (internen oder externen) Wärmespeicher. Das Kühlsystem kann den wenigstens einen Fluidkreislauf umfassen. Die Wärme kann insbesondere durch ein Fluid des Fluidkreislaufs transportiert werden. Der Wärmespeicher kann beispielsweise Wasser oder eine Salzlösung als Medium zum Speichern von Wärme (Wärmespeichermedium) enthalten. Ein Medium (z.B. ein Fluid) zum Speichern von Wärme kann eingerichtet sein zum Speichern von Wärme durch seine Wärmekapazität und/oder mittels wenigstens eines Phasenübergangs (als latente Wärme). Die Ladestation kann stationär sein und als stationäre Ladeinfrastruktur bezeichnet werden. Die Ladestation kann eine Fluidleitung zur Ladestation-extemen Nutzung von gespeicherter Wärme des Wärmespeichers umfassen. The charging station can include the heat storage and the at least one fluid circuit. The at least one fluid circuit can include a pump and an expansion tank. The at least one fluid circuit can be set up to transfer or transport heat between the heat exchanger of the charging station and the (internal or external) heat storage. The cooling system can include the at least one fluid circuit. The heat can be transported in particular through a fluid of the fluid circuit. The heat storage can contain, for example, water or a salt solution as a medium for storing heat (heat storage medium). A medium (eg a fluid) for storing heat can be set up to store heat through its heat capacity and/or by means of at least one phase transition (as latent heat). The charging station can be stationary and referred to as stationary charging infrastructure. The charging station can include a fluid line for the charging station-external use of stored heat from the heat storage device.
Der Luftkühler oder der Konvektionsluftkühler umfasst vorzugsweise mehrere Kühlflächen oder Kühlelemente, z.B. Kühlrippen oder Kühllamellen, die eingerichtet sind, Wärme von einem Fluid des Kühlsystems und/oder des wenigstens einen Fluidkreislaufs der Ladestation aufzunehmen. Die Kühlelemente können eingerichtet sein, von einem Fluid des Kühlsystems und/oder des wenigstens einen Fluidkreislaufs der Ladestation durchströmt zu werden. Der wenigstens eine Fluidkreislauf der Ladestation kann eine Pumpe und einen Ausgleichbehälter (Expansionstank) umfassen. Die Kühlflächen, Kühlrippen oder Kühllamellen können beispielsweise schräg zur Vertikalen angeordnet sein, z.B. unter einem Winkel von 45°. Dies verbessert die Wärmeabfuhr durch die natürliche (d.h. lüfterlose) Konvektion. Der Kühleffekt kann durch wenigstens einen Lüfter unterstützt werden. The air cooler or the convection air cooler preferably comprises a plurality of cooling surfaces or cooling elements, e.g. cooling fins or cooling fins, which are designed to absorb heat from a fluid of the cooling system and/or the at least one fluid circuit of the charging station. The cooling elements can be set up to be flowed through by a fluid from the cooling system and/or from the at least one fluid circuit of the charging station. The at least one fluid circuit of the charging station can include a pump and an expansion tank. The cooling surfaces, cooling fins or cooling fins can, for example, be arranged obliquely to the vertical, for example at an angle of 45°. This improves heat dissipation through natural (i.e. fanless) convection. The cooling effect can be supported by at least one fan.
Die Konvektion kann beispielsweise entlang einer Kühloberfläche einer Wand des wenigstens einen Fluidkreislaufs erfolgen. Insbesondere kann der wenigstens eine Fluidkreislauf Kühlelemente, z.B. Kühlrippen oder Kühllamellen (z.B. die oben genannten Kühlelemente) aufweisen. Die Kühlelemente sind zum Kühlen eines Fluids des Fluidkreislaufs durch Konvektion von Umgebungsluft angeordnet. The convection can take place, for example, along a cooling surface of a wall of the at least one fluid circuit. In particular, the at least one fluid circuit can have cooling elements, for example cooling fins or cooling fins (for example the cooling elements mentioned above). The cooling elements are arranged to cool a fluid of the fluid circuit by convection of ambient air.
Die hierin beschriebenen Wärmeübertrager des Energiespeichersystems für ein Kraftfahrzeug und der Ladestation sowie die jeweiligen Fluidkreisläufe können beispielsweise weiter dazu eingerichtet sein, Wärme in umgekehrter Richtung zu übertragen (somit also in beiden Richtungen). So kann bei dem Wärmeübertrager des Energiespeichersystems ein Übertragen von Wärme von dem externen Wärmeübertrager einer Ladestation zu dem Fluid des wenigstens einen Fluidkreislaufs durch Wärmeleitung erfolgen. Oder es kann bei dem Wärmeübertrager der Ladestation ein Übertragen von Wärme von dem Kühlsystem und/oder dem Wärmespeicher und/oder einem Fluid des wenigstens einen Fluidkreislaufs der Ladestation zu einem fahrzeugseitigen Wärmeübertrager einer fahrzeugseitigen thermischen Kupplung durch Wärmeleitung erfolgen. Dies kann z.B. ein Aufheizen oder Vorheizen von noch „kalten“ Fahrzeugen und deren Energiespeichern zum schnelleren Laden ermöglichen. Es kann auch z.B. eine dosierte Rückführung der Wärmeenergie für eine Standheizung z.B. von parkenden LKW über Nacht ermöglicht werden. The heat exchangers described herein of the energy storage system for a motor vehicle and the charging station as well as the respective fluid circuits can, for example, be further configured to transfer heat in the opposite direction (thus in both directions). In the heat exchanger of the energy storage system, heat can be transferred from the external heat exchanger of a charging station to the fluid of the at least a fluid circuit through heat conduction. Or, in the heat exchanger of the charging station, heat can be transferred from the cooling system and/or the heat storage and/or a fluid of the at least one fluid circuit of the charging station to a vehicle-side heat exchanger of a vehicle-side thermal clutch by heat conduction. This can, for example, enable vehicles that are still “cold” and their energy storage units to be heated up or preheated for faster charging. It can also be possible, for example, for a metered return of heat energy for an auxiliary heater, for example from parked trucks, overnight.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird eine der genannten Aufgaben gelöst durch ein System mit einem Kraftfahrzeug der hierin beschriebenen Art und mit einer fahrzeugextemen Ladestation zum Zurverfügungstellen von elektrischer Energie zum Laden des wenigstens einen Energiespeichers des Energiespeichersystems des Kraftfahrzeugs, insbesondere einer Ladestation wie hierin beschrieben, wobei die fahrzeugexterne Ladestation umfasst: According to one aspect of the invention, one of the stated tasks is achieved by a system with a motor vehicle of the type described herein and with a vehicle-external charging station for providing electrical energy for charging the at least one energy storage of the energy storage system of the motor vehicle, in particular a charging station as described herein, wherein the vehicle-external charging station includes:
Ein Kühlsystem und/oder einen Wärmespeicher und/oder wenigstens einen Fluidkreislauf; und eine thermische Kupplung, umfassend einen fahrzeugextemen Wärmeübertrager zum Übertragen von Wärme zwischen dem Wärmeübertrager des Kühlsystems des Kraftfahrzeugs und dem Kühlsystem (der Ladestation) und/oder dem Wärmespeicher und/oder einem Fluid des Fluidkreislaufs der Ladestation durch Wärmeleitung, wobei der fahrzeugexteme Wärmeübertrager eine Wärmekontaktwand aufweist, die ausgebildet ist, die Wärmekontaktwand des Wärmeübertragers des Kühlsystems des Kraftfahrzeugs wärmeleitend zu kontaktieren. A cooling system and/or a heat storage and/or at least one fluid circuit; and a thermal coupling, comprising a vehicle-external heat exchanger for transferring heat between the heat exchanger of the cooling system of the motor vehicle and the cooling system (the charging station) and/or the heat storage and/or a fluid of the fluid circuit of the charging station by thermal conduction, wherein the vehicle-external heat exchanger has a thermal contact wall which is designed to contact the thermal contact wall of the heat exchanger of the cooling system of the motor vehicle in a heat-conducting manner.
Vorzugsweise ist die Wärmekontaktwand des fahrzeugextemen Wärmeübertragers komplementär zu der Wärmekontaktwand des Wärmeübertragers des Kühlsystems des Kraftfahrzeugs. Preferably, the thermal contact wall of the vehicle-external heat exchanger is complementary to the thermal contact wall of the heat exchanger of the cooling system of the motor vehicle.
Der fahrzeugexteme Wärmeübertrager und der Wärmeübertrager des Kühlsystems des Kraftfahrzeugs sind vorzugsweise eingerichtet, gemeinsam einen (zweiteiligen) Wärmetauscher zu bilden, wenn die Wärmekontaktwand des fahrzeugextemen Wärmeübertragers die Wärmekontaktwand des Wärmeübertragers des Kühlsystems des Kraftfahrzeugs (flächig) wärmelei- tend kontaktiert. Sie bilden also in der Kontaktposition des fahrzeugextemen Wärmeübertragers einen Wärmetauscher, beispielsweise einen Fluid-Fluid-Wärmetauscher oder insbesondere einen Wasser-Wasser-Wärmetauscher. Der gebildete Wärmetauscher koppelt den wenigstens einen Fluidkreislauf des Kühlsystems des Kraftfahrzeugs mit einem Kühlsystem und/oder wenigstens einen Fluidkreislauf der Ladestation. Eine Wärmedurchgangswand des gebildeten Wärmetauschers wird durch die miteinander in Kontakt stehenden Wärmekontaktwände gebildet. Dabei können aufgrund der fluidischen Entkopplung z.B. Kühlmittelzusätze fahrzeugseitig und stationsseitig unterschiedlich sein. The heat exchanger external to the vehicle and the heat exchanger of the cooling system of the motor vehicle are preferably set up to jointly form a (two-part) heat exchanger if the thermal contact wall of the heat exchanger external to the vehicle conducts (surface) heat to the thermal contact wall of the heat exchanger of the cooling system of the motor vehicle. tend to be contacted. In the contact position of the vehicle-external heat exchanger, they therefore form a heat exchanger, for example a fluid-fluid heat exchanger or in particular a water-water heat exchanger. The heat exchanger formed couples the at least one fluid circuit of the cooling system of the motor vehicle with a cooling system and/or at least one fluid circuit of the charging station. A heat transfer wall of the heat exchanger formed is formed by the heat contact walls that are in contact with one another. Due to the fluidic decoupling, coolant additives, for example, can be different on the vehicle side and the station side.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen Brief description of the drawings
Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Figuren im Detail beschrieben. In den Figuren zeigt: The invention is described in detail below using figures. Shown in the figures:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Energiespeichersystems gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung; 1 is a schematic representation of an energy storage system according to embodiments of the present disclosure;
Fig. 2 schematische Darstellungen von Beispielen von Wärmeübertragern gemäß Ausführungsformen der Erfindung; 2 shows schematic representations of examples of heat exchangers according to embodiments of the invention;
Fig. 3 schematische Darstellungen von Beispielen von Wärmeübertragern gemäß Ausführungsformen der Erfindung; 3 shows schematic representations of examples of heat exchangers according to embodiments of the invention;
Fig. 4 eine schematische Darstellung eines weiteren Energiespeichersystems gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung; 4 shows a schematic representation of another energy storage system according to embodiments of the present disclosure;
Fig. 5 eine schematische Darstellung eines Systems mit einem Kraftfahrzeug und einer Ladestation gemäß Ausführungsformen der Erfindung; 5 shows a schematic representation of a system with a motor vehicle and a charging station according to embodiments of the invention;
Fig. 6 eine schematische Darstellung einer Kupplung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung; und 6 shows a schematic representation of a clutch according to an embodiment of the invention; and
Fig. 7 eine schematische Darstellung einer Ladestation gemäß Ausführungsformen der Erfindung. Fig. 7 is a schematic representation of a charging station according to embodiments of the invention.
Detaillierte Beschreibung Detailed description
Im Folgenden werden, sofern nicht anders vermerkt, für gleiche und gleichwirkende Elemente dieselben Bezugszeichen verwendet. Fig. 1 zeigt schematisch ein Energiespeichersystem 10 für ein Kraftfahrzeug. Das Energiespeichersystem 10 umfasst einen Energiespeicher 12 mit mehreren Akkumulatoren 14 und eine elektrische Kupplung 16 in Form einer Ladedose zum Laden (bzw. Entladen) des Energiespeichers 12 an einer Ladestation. In the following, unless otherwise noted, the same reference numbers are used for identical elements with the same effect. Fig. 1 shows schematically an energy storage system 10 for a motor vehicle. The energy storage system 10 includes an energy storage 12 with a plurality of accumulators 14 and an electrical coupling 16 in the form of a charging socket for charging (or discharging) the energy storage 12 at a charging station.
Das Energiespeichersystem 10 umfasst ein Kühlsystem 100 zum Abführen von Wärme von dem Energiespeicher 12. Das Kühlsystem 100 umfasst einen Kühlkreislauf in Form eines Fluidkreislaufs 110, der mit einem Fluid befüllt ist. Der Fluidkreislauf 110 umfasst eine Fluidleitung 112, die durch den Energiespeicher 12 und/oder entlang der Akkumulatoren 14 verläuft, eine Pumpe 114 und einen Fluid-Luft-Kühler 120 sowie jeweilige Verbindungsleitungen. Weiter kann der Fluidkreislauf 110 einen Expansionstank 116 für das Fluid umfassen. The energy storage system 10 includes a cooling system 100 for dissipating heat from the energy storage 12. The cooling system 100 includes a cooling circuit in the form of a fluid circuit 110 that is filled with a fluid. The fluid circuit 110 includes a fluid line 112, which runs through the energy storage 12 and/or along the accumulators 14, a pump 114 and a fluid-air cooler 120 as well as respective connecting lines. Furthermore, the fluid circuit 110 may include an expansion tank 116 for the fluid.
Der Fluidkreislaufs 110 umfasst weiter einen Wärmeübertrager 130, der parallel zu dem Fluid-Luft-Kühler 120 angeordnet ist. Über zwei 3/2-Wege-Ventile 131 ist selektiv der Fluid- Luft-Kühler 120 oder der Wärmeübertrager 130 mit dem Hauptteil des Fluidkreislaufs 110 verbindbar. The fluid circuit 110 further comprises a heat exchanger 130, which is arranged parallel to the fluid-air cooler 120. The fluid-air cooler 120 or the heat exchanger 130 can be selectively connected to the main part of the fluid circuit 110 via two 3/2-way valves 131.
Der Wärmeübertrager 130 hat eine innere Fluidleitung 132, die mit den Ventilen 131 verbunden ist. Der Wärmeübertrager 130 hat eine plattenförmige, an einer Oberfläche des Wärmeübertragers 130 freiliegende Wärmekontaktwand 134 zum Abführen von Wärme aus dem Fluidkreislauf 110 an eine komplementäre externe Wärmekontaktwand. The heat exchanger 130 has an inner fluid line 132 which is connected to the valves 131. The heat exchanger 130 has a plate-shaped thermal contact wall 134 exposed on a surface of the heat exchanger 130 for dissipating heat from the fluid circuit 110 to a complementary external thermal contact wall.
Fig. 2 und Fig. 3 zeigen schematisch verschiedene Ausführungsformen des Wärmeübertragers 130 und eines entsprechenden oder komplementären externen Wärmeübertragers 140. Es ist jeweils schematisch die Wärmekontaktwand 134 des Wärmeübertragers 130 und eine komplementäre Wärmekontaktwand 144 des externen Wärmeübertragers 140 gezeigt. 2 and 3 show schematically different embodiments of the heat exchanger 130 and a corresponding or complementary external heat exchanger 140. The thermal contact wall 134 of the heat exchanger 130 and a complementary thermal contact wall 144 of the external heat exchanger 140 are each shown schematically.
Fig. 2A zeigt zylindrische Wärmekontaktwände 134, 144 in Form von Umfangswänden. Fig. 2B zeigt kegelförmige Wärmekontaktwände 134, 144. In Fig. 2C umfasst die Wärmekontaktwand 134 zusätzlich einen Boden der Einschuböffnung, ist also schüsselförmig. In Fig. 2A, Fig. 2B und Fig. 2C ist jeweils der externe Wärmeübertrager 140 in einer Koppelrichtung (Einschubrichtung) A in eine Einschuböffnung 136 des Wärmeübertragers 130 einschiebbar. Der Querschnitt der betreffenden Einschuböffnung 136 kann beispielsweise kreisrund sein oder kann frei geformt sein. Fig. 2D zeigt geriffelte Wärmekontaktwände 134, 144. In den Beispielen der Fig. 2E und Fig. 2F ist jeweils der externe Wärmeübertrager 140 in einer Koppelrichtung (Aufschieberichtung) A auf einen Dom 138 des Wärmeübertragers 130 aufschiebbar. Fig. 2E zeigt zylindrische Wärmekontaktwände 134, 144 in Form von Umfangswänden. Fig. 2F zeigt kegelförmige Wärmekontaktwände 134, 144. Der Querschnitt des Doms kann entsprechend den genannten Beispielen der Einschuböffnung 136 ausgeführt sein. Fig. 2A shows cylindrical thermal contact walls 134, 144 in the form of peripheral walls. Fig. 2B shows conical thermal contact walls 134, 144. In Fig. 2C, the thermal contact wall 134 additionally includes a bottom of the insertion opening, so it is bowl-shaped. In Fig. 2A, Fig. 2B and Fig. 2C, the external heat exchanger 140 can be inserted in a coupling direction (insertion direction) A into an insertion opening 136 of the heat exchanger 130. The cross section of the relevant insertion opening 136 can, for example, be circular or can be freely shaped. 2D shows corrugated thermal contact walls 134, 144. In the examples of FIGS. 2E and 2F, the external heat exchanger 140 can be pushed onto a dome 138 of the heat exchanger 130 in a coupling direction (sliding direction) A. Fig. 2E shows cylindrical thermal contact walls 134, 144 in the form of peripheral walls. Fig. 2F shows conical thermal contact walls 134, 144. The cross section of the dome can be designed according to the examples of insertion opening 136 mentioned.
Fig. 3A zeigt plattenförmige Wärmekontaktwände 134, 144, die in einer Koppelrichtung A quer zur Plattenebene koppelbar sind. Der externe Wärmeübertrager 140 kann Verankerungsmittel 150 in Form von Haken oder dergleichen umfassen, um die Wärmeübertrager 130, 140 in der Kopplungsposition aneinander zu halten und z.B. unter Einwirkung der Gravitation einen Anpressdruck auszuüben. Der externe Wärmeübertrager 140 kann z.B. an den Wärmeübertrager 130 angehängt werden. Fig. 3B zeigt plattenförmige Wärmekontaktwände 134, 144, wobei der Wärmeübertrager 130 zwei einander gegenüberliegende Wärmekontaktwände 134, 134‘ hat. In einen Zwischenraum ist der externe Wärmeübertrager 140 in einer Koppelungsrichtung A einschiebbar. Der Zwischenraum kann eine einheitliche Breite aufweisen, oder sich in Einschubrichtung A veijüngen. Der externe Wärmeübertrager 140 hat entsprechend angeordnete Wärmekontaktwände 144, 144‘. Fig. 3A shows plate-shaped thermal contact walls 134, 144, which can be coupled in a coupling direction A transverse to the plate plane. The external heat exchanger 140 can include anchoring means 150 in the form of hooks or the like in order to hold the heat exchangers 130, 140 together in the coupling position and, for example, to exert a contact pressure under the influence of gravity. The external heat exchanger 140 can be attached to the heat exchanger 130, for example. Fig. 3B shows plate-shaped thermal contact walls 134, 144, wherein the heat exchanger 130 has two opposing thermal contact walls 134, 134 '. The external heat exchanger 140 can be inserted into a gap in a coupling direction A. The space can have a uniform width or taper in the insertion direction A. The external heat exchanger 140 has correspondingly arranged thermal contact walls 144, 144 '.
Fig. 4 zeigt schematisch eine weitere Ausführungsform eines Energiespeichersystems 10 für ein Kraftfahrzeug. Unterschiede zur Ausführungsform der Fig. 1 sind nachfolgend beschrieben. Das Kühlsystem 100 umfasst hier eine Kette von drei Fluidkreisläufen 110, 210 und 310. Der erste Fluidkreislauf 110 umfasst in der beschriebenen Weise eine Pumpe 114 und den Fluid-Luft-Kühler 120 sowie den über ein Ventil 131 selektiv verbindbaren Wärmeübertrager 130. Weiter kann der erste Fluidkreislauf 110 einen Expansionstank 116 für das Fluid umfassen. Der erste Fluidkreislauf 110 ist indirekt, über den zweiten und dritten Fluidkreislauf 210, 310, mit dem Energiespeicher 12 verbunden. 4 shows schematically a further embodiment of an energy storage system 10 for a motor vehicle. Differences from the embodiment of FIG. 1 are described below. The cooling system 100 here comprises a chain of three fluid circuits 110, 210 and 310. The first fluid circuit 110 comprises, in the manner described, a pump 114 and the fluid-air cooler 120 as well as the heat exchanger 130, which can be selectively connected via a valve 131. Furthermore, the first fluid circuit 110 includes an expansion tank 116 for the fluid. The first fluid circuit 110 is indirectly connected to the energy storage 12 via the second and third fluid circuits 210, 310.
Der zweite Fluidkreislauf 210 (ein Kältekreislauf oder Kältemittelkreislauf) ist mit dem ersten Fluidkreislauf 110 über einen Wärmetauscher 212 in Form eines Verflüssigers gekoppelt, ist mit einem Fluid in Form eines Kältemittels befüllt und umfasst einen Kompressor 214 und ein Expansionsventil 216. The second fluid circuit 210 (a refrigeration circuit or refrigerant circuit) is coupled to the first fluid circuit 110 via a heat exchanger 212 in the form of a condenser filled with a fluid in the form of a refrigerant and includes a compressor 214 and an expansion valve 216.
Der dritte Fluidkreislauf 310 (ein Kältekreislauf oder Kältemittelkreislauf) ist mit dem zweiten Fluidkreislauf 210 über einen Wärmetauscher 314 in Form eines Verdampfers gekoppelt, ist mit einem Fluid in Form eines Wasser-Glykol-Gemischs befüllt, und umfasst die Fluidleitung 112 (eine Kühlleitung), die durch den Energiespeicher 12 und/oder entlang der Akkumulatoren 14 verläuft, und eine Pumpe 114. Weiter kann der dritte Fluidkreislauf 310 einen Expansionstank 116 für das Fluid umfassen. The third fluid circuit 310 (a refrigeration circuit or refrigerant circuit) is coupled to the second fluid circuit 210 via a heat exchanger 314 in the form of an evaporator, is filled with a fluid in the form of a water-glycol mixture, and includes the fluid line 112 (a cooling line), which runs through the energy storage 12 and/or along the accumulators 14, and a pump 114. Furthermore, the third fluid circuit 310 may comprise an expansion tank 116 for the fluid.
Fig. 5 zeigt schematisch ein System mit einem Fahrzeug 160, das mit dem Energiespeichersystem 100 gemäß einem der beschriebenen Beispiele ausgestattet ist, und mit einer Ladestation 400, die mit dem fahrzeugextemen Wärmeübertrager 140 ausgestattet ist. 5 shows schematically a system with a vehicle 160, which is equipped with the energy storage system 100 according to one of the examples described, and with a charging station 400, which is equipped with the vehicle-external heat exchanger 140.
Am Fahrzeug 160 ist eine Kupplung 162 an einer Seite des Fahrzeugs 160 angeordnet. Die Kupplung umfasst in einem schematisch in Fig. 6 gezeigten Kupplungsbereich die elektrische Kupplung 16 und eine thermische Kupplung 166 in einer einander benachbarten Anordnung. Die thermische Kupplung 166 umfasst die Wärmekontaktwand 134 des fahrzeugseitigen Wärmeübertragers 130, die beispielsweise einem der Beispiele der Figuren 2 und 3 entsprechen kann. On the vehicle 160, a clutch 162 is arranged on one side of the vehicle 160. In a clutch region shown schematically in FIG. 6, the clutch includes the electrical clutch 16 and a thermal clutch 166 in an adjacent arrangement. The thermal coupling 166 includes the thermal contact wall 134 of the vehicle-side heat exchanger 130, which can correspond, for example, to one of the examples in FIGS. 2 and 3.
Die Ladestation 400 ist schematisch in Fig. 7 dargestellt und umfasst eine bewegliche Kupplung 462 (Fig. 5), die eine elektrische Kupplung 416 und eine thermische Kupplung 466 in einer einander benachbarten Anordnung umfasst. Die Anordnung ist komplementär zur entsprechenden Anordnung der Kupplung 162. Die elektrische Kupplung 416 ist zum Laden (bzw. Entladen) des über die elektrische Kupplung 16 angekoppelten Energiespeichers 12 eingerichtet. Die thermische Kupplung 466 umfasst die Wärmekontaktwand 144 des fahrzeugexternen Wärmeübertragers 140. Die Ladestation 400 umfasst ein Kühlsystem mit einem Fluidkreislauf 470, der eine interne Fluidleitung 472 des Wärmeübertragers 140 umfasst. Weiter umfasst das Kühlsystem einen Wärmespeicher 480. Der Fluidkreislauf 470 umfasst eine Pumpe 474, einen Expansionstank 475 und eine durch den Wärmespeicher 480 verlau- fende Fluidleitung 476. Durch den Fluidkreislauf 470 kann Wärme zwischen dem Wärmeübertrager 140 und dem Wärmespeicher 480 transportiert werden. Der Fluidkreislauf 470 umfasst weiter einen Kühlanlage 496 zum Kühlen des Fluids des Fluidkreislaufs 470, beispielsweise einen Konvektionsluftkühler zum Kühlen des Fluids des Fluidkreislaufs 470 durch Konvektion von Umgebungsluft. Der Konvektionsluftkühler hat unter einem Winkel von 45° zur Vertikalen geneigte Kühlflächen, an denen beim Kühlen Umgebungsluft durch natürliche Konvektion entlangfließt. Flexible Fluidleitungen des Fluidkreislaufs 470 zum Wärmeübertrager 140 der thermischen Kupplung 466 sind mit elektrischen Leitungen zur elektrische Kupplung 416 in einem flexiblen Schlauch-Leitungs-System 450 zusammengefasst. Das Schlauch-Leitungs-System 450 verbindet die Kupplung 462 mit dem stationären Teil der Ladestation 400. In Ausführungsformen kann eine weitere Fluidleitung 498 zur La- destation-extemen Nutzung von gespeicherter Wärme des Wärmespeichers 480 vorgesehen sein. Der Wärmespeicher 480 kann auch extern zur Ladestation 400 angeordnet sein. Anstelle des Fluidkreislaufs 470 können auch mehrere Fluidkreisläufe vorgesehen sein, die z.B. den Wärmespeicher 480 mit der Kühlanlage 496 bzw. dem Wärmeübertrager 140 verbinden. The charging station 400 is shown schematically in FIG. 7 and includes a movable clutch 462 (FIG. 5) which includes an electrical clutch 416 and a thermal clutch 466 in an adjacent arrangement. The arrangement is complementary to the corresponding arrangement of the clutch 162. The electrical clutch 416 is set up for charging (or discharging) the energy storage 12 coupled via the electrical clutch 16. The thermal coupling 466 includes the thermal contact wall 144 of the vehicle-external heat exchanger 140. The charging station 400 includes a cooling system with a fluid circuit 470, which includes an internal fluid line 472 of the heat exchanger 140. The cooling system further comprises a heat accumulator 480. The fluid circuit 470 comprises a pump 474, an expansion tank 475 and a flow through the heat accumulator 480. fenden fluid line 476. Heat can be transported between the heat exchanger 140 and the heat storage 480 through the fluid circuit 470. The fluid circuit 470 further includes a cooling system 496 for cooling the fluid of the fluid circuit 470, for example a convection air cooler for cooling the fluid of the fluid circuit 470 by convection of ambient air. The convection air cooler has cooling surfaces that are inclined at an angle of 45° to the vertical, along which ambient air flows through natural convection during cooling. Flexible fluid lines of the fluid circuit 470 to the heat exchanger 140 of the thermal coupling 466 are combined with electrical lines to the electrical coupling 416 in a flexible hose-line system 450. The hose-line system 450 connects the coupling 462 to the stationary part of the charging station 400. In embodiments, a further fluid line 498 can be provided for the charging station-external use of stored heat from the heat accumulator 480. The heat storage 480 can also be arranged externally to the charging station 400. Instead of the fluid circuit 470, several fluid circuits can also be provided, which, for example, connect the heat storage 480 with the cooling system 496 or the heat exchanger 140.
Die hierin beschriebenen Wärmeübertrager 130, 140 sowie die jeweiligen Fluidkreisläufe 110, 210, 310, 470 können beispielsweise weiter dazu eingerichtet sein, Wärme in umgekehrter Richtung zu übertragen (somit also in beiden Richtungen). The heat exchangers 130, 140 described herein and the respective fluid circuits 110, 210, 310, 470 can, for example, be further configured to transfer heat in the opposite direction (thus in both directions).
Bezugszeichen Reference symbols
10 Energiespeichersystem 10 energy storage system
12 Energiespeicher 12 energy storage
14 Akkumulatoren 14 accumulators
16 elektrische Kupplung (Ladedose) 16 electrical coupling (charging socket)
100 Kühlsystem 100 cooling system
110 Fluidkreislauf 110 fluid circuit
112 Fluidleitung 112 fluid line
114 Pumpe 114 pump
116 Expansionstank 116 expansion tank
120 Fluid-Luft-Kühler 120 fluid-air coolers
130 Wärmeübertrager (fahrzeugseitig) 130 heat exchangers (vehicle side)
131 3/2-Wege-Ventile 131 3/2-way valves
132 Fluidleitung 132 fluid line
134 Wärmekontaktwand (fahrzeugseitig) 134 thermal contact wall (vehicle side)
136 Einschuböffnung 136 insertion opening
138 Dom 138 Cathedral
140 Wärmeübertrager (fahrzeugextem, z.B. von Ladestation) 140 heat exchangers (external to the vehicle, e.g. from the charging station)
144 Wärmekontaktwand (fahrzeugextem, z.B. von Ladestation)144 thermal contact wall (external to the vehicle, e.g. from the charging station)
150 Verankerungsmittel 150 anchoring devices
160 Fahrzeug 160 vehicle
162 Kupplung (fahrzeugseitig) 162 clutch (vehicle side)
166 thermische Kupplung (fahrzeugseitig) 166 thermal clutch (vehicle side)
210 Fluidkreislauf (Kältemittelkreislauf) 210 Fluid circuit (refrigerant circuit)
212 Wärmetauscher / Verflüssiger 212 heat exchanger / condenser
214 Kompressor 214 compressor
216 Expansionsventil 216 expansion valve
310 Fluidkreislauf (Kältemittelkreislauf) 310 Fluid circuit (refrigerant circuit)
314 Wärmetauscher / Verdampfer 314 heat exchanger / evaporator
400 Ladestation 400 charging station
416 elektrische Kupplung (fahrzeugextem, z.B. von Ladestation)416 electric clutch (external to the vehicle, e.g. from the charging station)
450 Schlauch-Leitungs-System (fahrzeugextem, z.B. von Ladestation) 462 Kupplung (fahrzeugextem, z.B. von Ladestation) 450 hose-pipe system (external to the vehicle, e.g. from the charging station) 462 Coupling (external to the vehicle, e.g. from charging station)
466 thermische Kupplung (fahrzeugextem, z.B. von Ladestation)466 thermal clutch (external to the vehicle, e.g. from the charging station)
470 Fluidkreislauf (fahrzeugextem, z.B. von Ladestation) 470 Fluid circuit (external to the vehicle, e.g. from the charging station)
472 Fluidleitung (fahrzeugextem, z.B. von Ladestation) 474 Pumpe (fahrzeugextem, z.B. von Ladestation) 472 Fluid line (external to the vehicle, e.g. from the charging station) 474 Pump (external to the vehicle, e.g. from the charging station)
475 Expansionstank 475 expansion tank
476 Fluidleitung (fahrzeugextem, z.B. von Ladestation) 476 Fluid line (external to the vehicle, e.g. from the charging station)
480 Wärmespeicher 480 heat storage
496 Kühlanlage 498 Fluidleitung 496 Cooling system 498 Fluid line

Claims

PATENTANSPRÜCHE PATENT CLAIMS
1. Energiespeichersystem für ein Kraftfahrzeug, umfassend wenigstens einen Energiespeicher (12) und ein Kühlsystem (100) zum Kühlen des wenigstens einen Energiespeichers (12), wobei das Kühlsystem umfasst: wenigstens einen Fluidkreislauf (110), der eingerichtet ist, Abwärme von dem wenigstens einen Energiespeicher (12) abzuführen; und einen Wärmeübertrager (130) zum Übertragen von Wärme zwischen einem Fluid des wenigstens einen Fluidkreislaufs (110) und einem externen Wärmeübertrager (140) einer Ladestation (400) durch Wärmeleitung, wobei der Wärmeübertrager (130) des Kühlsystems eine Wärmekontaktwand (134) aufweist, die ausgebildet ist, eine komplementäre Wärmekontaktwand (144) des externen Wärmeübertragers (140) der Ladestation wärmeleitend zu kontaktieren, und wobei der Wärmeübertrager (130) getrennt von dem wenigstens einen Energiespeicher (12) angeordnet ist und eine Fluidleitung (132) aufweist, die eingerichtet ist, von einem Fluid des wenigstens einen Fluidkreislaufs (110) durchströmt zu werden. 1. Energy storage system for a motor vehicle, comprising at least one energy storage (12) and a cooling system (100) for cooling the at least one energy storage (12), the cooling system comprising: at least one fluid circuit (110) which is set up to remove waste heat from the at least to dissipate an energy storage device (12); and a heat exchanger (130) for transferring heat between a fluid of the at least one fluid circuit (110) and an external heat exchanger (140) of a charging station (400) by heat conduction, the heat exchanger (130) of the cooling system having a thermal contact wall (134), which is designed to make thermally conductive contact with a complementary heat contact wall (144) of the external heat exchanger (140) of the charging station, and wherein the heat exchanger (130) is arranged separately from the at least one energy storage (12) and has a fluid line (132) which is set up is to be flowed through by a fluid of the at least one fluid circuit (110).
2. Energiespeichersystem nach Anspruch 1, wobei das Kühlsystem (100) weiter umfasst: wenigstens ein Ventil (131), mit dem ein dem Ventil zugeordnetes Ende der Fluidleitung (132) des Wärmeübertragers (130) des Kühlsystems selektiv mit dem Fluidkreislauf (110) in Fluidkommunikation verbindbar ist. 2. Energy storage system according to claim 1, wherein the cooling system (100) further comprises: at least one valve (131) with which an end of the fluid line (132) of the heat exchanger (130) of the cooling system assigned to the valve is selectively connected to the fluid circuit (110). Fluid communication can be connected.
3. Energiespeichersystem nach Anspruch 2, wobei das Ventil (131) ein 3/2-Wege-Ventil ist, mit dem je nach Stellung des Ventils das dem Ventil (131) zugeordnete Ende der Fluidleitung (132) oder ein dem Ventil (131) zugeordneter Anschluss eines Fluid-Luft-Kühlers (120) des wenigstens einen Fluidkreislaufs (110) selektiv mit dem Fluidkreislauf (110) in Fluidkommunikation verbindbar ist. 3. Energy storage system according to claim 2, wherein the valve (131) is a 3/2-way valve, with which, depending on the position of the valve, the end of the fluid line (132) assigned to the valve (131) or one of the valve (131) associated connection of a fluid-air cooler (120) of the at least one fluid circuit (110) can be selectively connected to the fluid circuit (110) in fluid communication.
4. Energiespeichersystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Wärmekontaktwand (134) des Wärmeübertragers (130) des Kühlsystems (100) eine der folgenden Formen hat: eine ebene oder gewellte oder geriffelte Platte; eine Umfangswand oder innere Wand einer Einschuböffnung (136) für eine komplementäre Wärmekontaktwand (144) eines externen Wärmeübertragers (140), insbesondere eine rohrförmig gebogene Umfangswand und/oder eine kegelförmig gebogene Umfangswand; eine schüsselförmige Wand; oder eine Umfangswand oder äußere Wand eines Doms (138) zum Umgreifen durch eine komplementäre Wärmekontaktwand (144) eines externen Wärmeübertragers (140), insbesondere eine Umfangswand oder äußere Wand eines zylindrischen Doms (138) oder eines kegelförmigen Doms (138). 4. Energy storage system according to one of the preceding claims, wherein the thermal contact wall (134) of the heat exchanger (130) of the cooling system (100) has one of the following shapes: a flat or corrugated or corrugated plate; a peripheral wall or inner wall of an insertion opening (136) for a complementary thermal contact wall (144) of an external heat exchanger (140), in particular a tubularly curved peripheral wall and/or a conically curved peripheral wall; a bowl-shaped wall; or a peripheral wall or outer wall of a dome (138) to be encompassed by a complementary thermal contact wall (144) of an external heat exchanger (140), in particular a peripheral wall or outer wall of a cylindrical dome (138) or a conical dome (138).
5. Energiespeichersystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Kühlsystem (100) eine weitere Wand ( 134‘) aufweist, wobei die Wärmekontaktwand (134) des Wärmeübertragers (130) des Kühlsystems und die weitere Wand (134‘) einander gegenüberliegend angeordnet sind, wobei ein Zwischenraum zwischen den beiden Wänden (134; 134‘) zum Einschieben des externen Wärmeübertragers (140) in den Zwischenraum eingerichtet ist. 5. Energy storage system according to one of the preceding claims, wherein the cooling system (100) has a further wall (134'), the thermal contact wall (134) of the heat exchanger (130) of the cooling system and the further wall (134') being arranged opposite one another, wherein a gap between the two walls (134; 134') is set up for inserting the external heat exchanger (140) into the gap.
6. Energiespeichersystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der wenigstens eine Fluidkreislauf umfasst: einen ersten Fluidkreislauf (110), der einen Fluid-Luft-Kühler (120) umfasst, der eingerichtet ist, Abwärme von dem ersten Fluidkreislauf (110) an die Umgebungsluft abzuführen, wobei die Fluidleitung (132) des Wärmeübertragers (130) des Kühlsystems eingerichtet ist, von einem Fluid des ersten Fluidkreislaufs (110) durchströmt zu werden. 6. Energy storage system according to one of the preceding claims, wherein the at least one fluid circuit comprises: a first fluid circuit (110) which comprises a fluid-air cooler (120) which is configured to transfer waste heat from the first fluid circuit (110) to the ambient air to be dissipated, wherein the fluid line (132) of the heat exchanger (130) of the cooling system is set up to be flowed through by a fluid of the first fluid circuit (110).
7. Energiespeichersystem nach Anspruch 6, wobei der wenigstens eine Fluidkreislauf umfasst: den ersten Fluidkreislauf (110), wobei der erste Fluidkreislauf (110) eine Pumpe (114) und den Fluid-Luft-Kühler (120) umfasst, der eingerichtet ist, Abwärme von dem ersten Fluidkreislauf (110) an die Umgebungsluft abzuführen; einen zweiten Fluidkreislauf (210), der mit dem ersten Fluidkreislauf (110) über einen Wärmetauscher (212) oder Verflüssiger thermisch gekoppelt ist, wobei der zweite Fluidkreislauf (210) ein Fluid in Form eines Kältemittels und einen Kompressor (214) und/oder ein Expansionsventil (216) aufweist; und einen dritten Fluidkreislauf (310), der mit dem zweiten Fluidkreislauf (210) über einen Wärmetauscher (314) oder Kühler oder Verdampfer thermisch gekoppelt ist, wobei der dritte Fluidkreislauf (310) wenigstens eine Kühlleitung (112) umfasst, die in thermischem Kontakt mit dem wenigstens einen Energiespeicher (12) ist, wobei der dritte Fluidkreislauf (310) eine Pumpe (114) umfasst, wobei die Fluidleitung (132) des Wärmeübertragers (130) des Kühlsystems eingerichtet ist, von einem Fluid des ersten Fluidkreislaufs (110) durchströmt zu werden. 7. The energy storage system of claim 6, wherein the at least one fluid circuit comprises: the first fluid circuit (110), the first fluid circuit (110) comprising a pump (114) and the fluid-air cooler (120) adapted to receive waste heat from the first fluid circuit (110) to the ambient air; a second fluid circuit (210) which is thermally coupled to the first fluid circuit (110) via a heat exchanger (212) or condenser, wherein the second fluid circuit (210) contains a fluid in the form of a refrigerant and a compressor (214) and/or a Has expansion valve (216); and a third fluid circuit (310) thermally coupled to the second fluid circuit (210) via a heat exchanger (314) or cooler or evaporator, the third fluid circuit (310) comprising at least one cooling line (112) which is in thermal contact with the at least one energy store (12), wherein the third fluid circuit (310) comprises a pump (114), wherein the fluid line (132) of the heat exchanger (130) of the cooling system is set up to have a fluid from the first fluid circuit (110) flow through it become.
8. Kraftfahrzeug mit einem Energiespeichersystem (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche. 8. Motor vehicle with an energy storage system (10) according to one of the preceding claims.
9. Kraftfahrzeug nach Anspruch 8, wobei die Wärmekontaktwand (134) des Wärmetauschers (130) für den externen Wärmeübertrager (140) zugänglich an einer Seite des Kraftfahrzeugs (160) angeordnet ist. 9. Motor vehicle according to claim 8, wherein the thermal contact wall (134) of the heat exchanger (130) is arranged on one side of the motor vehicle (160) so that it is accessible to the external heat exchanger (140).
10. Kraftfahrzeug nach Anspruch 8 oder 9, wobei das Energiespeichersystem (10) eine elektrische Kupplung (16) für die Zufuhr elektrischer Energie zum Laden des wenigstens einen Energiespeichers (12) umfasst, wobei das Energiespeichersystem (10) einen Kupplungsbereich aufweist, in dem die Wärmekontaktwand (134) des Wärmetauschers (130) benachbart zu der elektrischen Kupplung (16) an einer Seite des Kraftfahrzeugs (160) angeordnet ist. 10. Motor vehicle according to claim 8 or 9, wherein the energy storage system (10) comprises an electrical clutch (16) for the supply of electrical energy for charging the at least one energy storage device (12), the energy storage system (10) having a coupling area in which the Thermal contact wall (134) of the heat exchanger (130) is arranged adjacent to the electrical clutch (16) on one side of the motor vehicle (160).
11. Ladestation zum Zurverfügungstellen von elektrischer Energie zum Laden wenigstens eines Energiespeichers (12) eines Energiespeichersystems (10) eines Kraftfahrzeugs (160), wobei die Ladestation (400) umfasst: ein Kühlsystem (470, 480) und/oder einen Wärmespeicher (480) und/oder wenigstens einen Fluidkreislauf (470); eine thermische Kupplung (466), umfassend einen Wärmeübertrager (140) zum Übertragen von Wärme zwischen einem fahrzeugseitigen Wärmeübertrager (130) einer fahrzeugseitigen thermischen Kupplung (166) und dem Kühlsystem (470, 480) und/oder dem Wärmespeicher (480) und/oder einem Fluid des wenigstens einen Fluidkreislaufs (470) der Ladestation (400) durch Wärmeleitung, wobei der Wärmeübertrager (140) eine Wärmekontaktwand (144) aufweist, die ausgebildet ist, eine Wärmekontaktwand (134) des fahrzeugseitigen Wärmeübertragers (130) wärmeleitend zu kontaktieren; und eine elektrische Kupplung (416), umfassend elektrische Kontakte für die Zufuhr von elektrischer Energie zum Laden des wenigstens einen Energiespeichers (12) eines Energiespeichersystems (10) eines Kraftfahrzeugs (160), wobei die Ladestation (400) eine Kupplung (462) aufweist, an der die thermische Kupplung (466) der Ladestation und die elektrische Kupplung (416) der Ladestation benachbart zueinander angeordnet sind, und/oder wobei die Ladestation (400) ein Kühlsystem (470, 480) und/oder wenigstens einen Fluidkreislauf (470) umfasst und die thermische Kupplung (466) der Ladestation (400) über ein Schlauchsystem des Kühlsystems und/oder des wenigstens einen Fluidkreislaufs (470) mit einem stationären Teil der Ladestation (400) verbunden ist und eingerichtet ist, manuell von einem Benutzer mit der fahrzeugseitigen thermischen Kupplung (166) gekoppelt zu werden, und/oder wobei die Ladestation (400) eine Kühlanlage (496), insbesondere in Form eines Konvektionsluftkühlers, zum Kühlen eines Fluids des Kühlsystems (470, 480) und/oder des wenigstens einen Fluidkreislaufs (470) aufweist. 11. Charging station for providing electrical energy for charging at least one energy storage device (12) of an energy storage system (10) of a motor vehicle (160), the charging station (400) comprising: a cooling system (470, 480) and/or a heat storage device (480) and/or at least one fluid circuit (470); a thermal clutch (466), comprising a heat exchanger (140) for transferring heat between a vehicle-side heat exchanger (130) of a vehicle-side thermal clutch (166) and the cooling system (470, 480) and/or the heat storage (480) and/or a fluid of the at least one fluid circuit (470) of the charging station (400) by heat conduction, the heat exchanger (140) having a heat contact wall (144) which is designed to contact a heat contact wall (134) of the vehicle-side heat exchanger (130) in a heat-conducting manner; and an electrical clutch (416), comprising electrical contacts for supplying electrical energy for charging the at least one energy storage (12) of an energy storage system (10) of a motor vehicle (160), the charging station (400) having a clutch (462), on which the thermal coupling (466) of the charging station and the electrical coupling (416) of the charging station are arranged adjacent to one another, and/or wherein the charging station (400) comprises a cooling system (470, 480) and/or at least one fluid circuit (470). and the thermal coupling (466) of the charging station (400) is connected to a stationary part of the charging station (400) via a hose system of the cooling system and/or the at least one fluid circuit (470) and is set up manually by a user with the vehicle-side thermal Coupling (166) to be coupled, and / or wherein the charging station (400) has a cooling system (496), in particular in the form of a convection air cooler, for cooling a fluid of the cooling system (470, 480) and / or the at least one fluid circuit (470) having.
12. System mit einem Kraftfahrzeug (160) nach einem der Ansprüche 8 bis 10 und mit einer fahrzeugextemen Ladestation (400) zum Zurverfügungstellen von elektrischer Energie zum Laden des wenigstens einen Energiespeichers (12) des Energiespeichersystems (10) des Kraftfahrzeugs (160), insbesondere einer Ladestation (400) nach Anspruch 11, wobei die fahrzeugexterne Ladestation (400) umfasst: ein Kühlsystem (470, 480) und/oder einen Wärmespeicher (480) und/oder wenigstens einen Fluidkreislauf (470); und eine thermische Kupplung (466), umfassend einen fahrzeugexternen Wärmeübertrager (140) zum Übertragen von Wärme zwischen dem Wärmeübertrager (130) des Kühlsystems (100) des Kraftfahrzeugs (160) und dem Kühlsystem (470, 480) und/oder dem Wärmespeicher (480) und/oder einem Fluid des Fluidkreislaufs (470) der Ladestation (400) durch Wärmeleitung, wobei der fahrzeugexterne Wärmeübertrager (140) eine Wärmekontaktwand (144) aufweist, die ausgebildet ist, die Wärmekontaktwand (134) des Wärmeübertragers (130) des Kühlsystems (100) des Kraftfahrzeugs (160) wärmeleitend zu kontaktieren. 12. System with a motor vehicle (160) according to one of claims 8 to 10 and with a vehicle-external charging station (400) for providing electrical energy for charging the at least one energy storage (12) of the energy storage system (10) of the motor vehicle (160), in particular a charging station (400) according to claim 11, wherein the vehicle-external charging station (400) comprises: a cooling system (470, 480) and / or a heat storage (480) and / or at least one fluid circuit (470); and a thermal clutch (466), comprising a vehicle-external heat exchanger (140) for transferring heat between the heat exchanger (130) of the cooling system (100) of the motor vehicle (160) and the cooling system (470, 480) and/or the heat storage (480) and/or a fluid of the fluid circuit (470) of the charging station (400) by thermal conduction, wherein the vehicle-external heat exchanger (140) has a thermal contact wall (144) which is designed to be the thermal contact wall (134) of the heat exchanger (130) of the cooling system (100 ) of the motor vehicle (160) to contact in a heat-conducting manner.
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