DE102012220218A1

DE102012220218A1 - Verfahren zum Laden einer Start- oder Traktionsbatterie eines Hybrid- oder Elektrokraftfahrzeugs sowie Fahrzeugkupplungsstück, Fahrzeugkupplungsanordnung, Batterieeinrichtung, Ladestationskupplung und Ladestation zur Ausführung des Verfahrens.

Info

Publication number: DE102012220218A1
Application number: DE201210220218
Authority: DE
Inventors: Björn Ripp; Peter Birke; Michael Schiemann
Original assignee: Continental Automotive GmbH
Current assignee: Continental Automotive GmbH
Priority date: 2012-11-07
Filing date: 2012-11-07
Publication date: 2014-05-08

Abstract

Verfahren zum Laden einer Start- oder Traktionsbatterie eines Hybrid- oder Elektrokraftfahrzeugs sowie Fahrzeugkupplungsstück, Fahrzeugkupplungsanordnung, Batterieeinrichtung, Ladestationskupplung und Ladestation zur Ausführung des Verfahrens. Es wird ein Verfahren zum Laden einer Start- oder Traktionsbatterie eines Hybrid- oder Elektrokraftfahrzeugs sowie ein Fahrzeugkupplungsstück (30), eine Fahrzeugkupplungsanordnung, eine Batterieeinrichtung, eine Ladestationskupplung (200) und eine Ladestation (300) zur Ausführung des Verfahrens vorgeschlagen, wobei zur Kühlung der Batterie (60) diese über eine fluidübertragende Leitung (44; 340) an eine Kühlvorrichtung (456) einer Ladestation (300) angeschlossen wird, die kühlendes Wärmemedium an die Batterie liefert. Dadurch kann in der stationären Ladephase die Kühlung der Batterie mit Komponenten verwirklicht werden, die sich größtenteils außerhalb des Fahrzeugs befinden und somit nicht mitgeführt werden. Es ergeben sich Platz- und Gewichtsvorteile für das Fahrzeug.

Description

Verfahren zum Laden einer Start- oder Traktionsbatterie eines Hybrid- oder Elektrokraftfahrzeugs sowie Fahrzeugkupplungsstück, Fahrzeugkupplungsanordnung, Batterieeinrichtung, Ladestationskupplung und Ladestation zur Ausführung des Verfahrens.
Die Erfindung betrifft das Gebiet der Aufladung von Batterien und insbesondere das Wärmemanagement von Batterien, die in Kraftfahrzeugen verwendet werden.
Es ist bekannt, dass Batterien im Kraftfahrzeugbereich insbesondere bei Schnellladevorgängen einer thermischen Belastung ausgesetzt sind aufgrund der auftretenden energetischen Verlusten (zum Beispiel durch den Innenwiderstand der Batterie) in den Energiespeicherzellen der Batterien, wobei auch während dem Betrieb des Kraftfahrzeugs, etwa beim Beschleunigen, Wärme auftritt, die eine Kühlung der Batterie erfordert. So ist beispielsweise aus WO 2011/088968 A2 bekannt, einen Kühlkreislauf für eine Batterie in dem Fahrzeug einzurichten, um für alle Situationen, in denen Wärme auftritt, diese abzuführen. Das dort beschriebene fahrzeugseitige Kühlsystem dient somit zum Abtransport von Verlustwärme der Batterie, die während des Beschleunigens, während des Rekuperierens, während der Wiederaufladung durch den Verbrennungsmotor und durch die Aufladung mittels externer Energiequellen entsteht.
Es ist bei bekannten Kühlsystemen somit notwendig, die fahrzeugseitigen Kühlkomponenten des gesamten Kühlsystems gemäß einer Maximalleistung des Kühlsystems zu dimensionieren, die sich aus der maximal erforderlichen Kühlleistung für alle Betriebsphasen der Batterie ergibt. Im Hinblick auf den Bauraum, den diese Komponenten innerhalb des Fahrzeugs erfordern, sowie im Hinblick auf das Gesamtgewicht des Fahrzeugs, welches aus Effizienzgründen grundsätzlich zu minimieren ist, ergibt sich daher ausgehend von den bekannten Kühlsystemen für Kraftfahrzeugbatterien die Aufgabe, eine Vorgehensweise aufzuzeigen, mit der sich das Kühlsystem im Fahrzeug vereinfachen lässt.
Diese Aufgabe wird gelöst durch das Fahrzeugkupplungsstück, durch die Fahrzeugkupplungsanordnung, durch die Batterieeinrichtung, durch die Ladestationskupplung, durch die Ladestation sowie durch das Verfahren zum Laden einer Start- oder Traktionsbatterie eines Kraftfahrzeugs gemäß den unabhängigen Ansprüchen. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich mit den Merkmalen der Unteransprüche. Die Batterieeinrichtung und insbesondere die Start- oder Traktionsbatterie kann auch als Anlasser-, Hybridantriebs- oder Elektroantriebsbatterie bezeichnet werden.
Die hier zur Realisierung der Vorgehensweise vorgeschlagenen Gegenstände sind zum Einen an oder im Fahrzeug vorgesehen, insbesondere das Fahrzeugkupplungsstück, die Fahrzeugkupplungsanordnung sowie die Batterieeinrichtung, wobei zum Anderen die hier beschriebene Ladestationskupplung und die hier beschriebene Ladestation außerhalb des Fahrzeugs sind und gleichermaßen die hier beschriebene Vorgehensweise realisieren. Das hier beanspruchte Verfahren umgreift Komponenten des Fahrzeugs sowie auch Komponenten außerhalb des Fahrzeugs, die stationär sind.
Die hier beschriebene Vorgehensweise beruht auf der Erkenntnis, dass unterschiedliche Betriebsphasen der Batterie der Batterieeinrichtung unterschiedliche Kühlleistungen erfordern, sowie auf der Überlegung, dass diese unterschiedlichen Betriebsphasen unterteilt werden können in Betriebsphasen, in denen das Fahrzeug notwendigerweise stationär ist, und Betriebsphasen in denen das Fahrzeug beweglich bleiben muss. Die hier beschriebene Vorgehensweise zielt darauf ab, dass bei Betriebsphasen, in denen das Fahrzeug stationär ist, insbesondere beim Laden mit einer stationären Ladestation, nicht alle Kühlkomponenten des Kühlsystems im Fahrzeug vorgesehen sein müssen, sondern aufgrund einer möglichen stationären Anbindung auch außerhalb des Fahrzeugs und insbesondere in der Ladestation platziert sein können. Dadurch können Anzahl, Dimensionierung und Komplexität von Komponenten des Kühlkreislaufs, die sich im Fahrzeug befinden müssen, deutlich reduziert werden.
Es wurde insbesondere erkannt, dass eine besonders hohe Kühlleistung nur im stationären Teil erforderlich ist, wenn beispielsweise mittels Schnellaufladung die Batterie von einer stationären Ladestation aufgeladen wird. Die Ströme, die in einer Ladephase bei Anschluss an einer Ladestation (dauerhaft) auftreten, sind deutlich größer als andere maximalen Ströme aller anderer Betriebsphasen (d.h. aller Betriebsphasen außer der Ladephase).
Es können die Kühlkomponenten innerhalb des Fahrzeugs an eine geringere maximale Kühlleistung angepasst werden, die sich in allen anderen Betriebsphasen ergibt, in denen das Fahrzeug nicht von einer stationären Ladestation aufgeladen wird. Gerade bei der Aufladung mittels einer stationären und somit externen Ladestation, die auch als Plug-in-Aufladung bezeichnet wird, ergeben sich besonders hohe Ströme, die mit einer besonders hohen Verlustleistung verknüpft sind, und die als Wärme von der Batterie abtransportiert werden muss. Um die Kühlleistung zu erreichen, werden erfindungsgemäß ein Großteil der Komponenten des Kühlsystems außerhalb des Fahrzeugs vorgesehen, wobei das Fahrzeug lediglich Anbindungsstellen aufweisen muss, um mit den Kühlkomponenten außerhalb des Fahrzeugs verbunden werden zu können. Dies lässt sich besonders einfach durch (mindestens) eine lösbare Kupplung erreichen, mit der sich kühlendes Wärmemedium von der Ladestation zur fahrzeugseitigen Batterie übertragen werden kann. Da bei Betriebsphasen der Batterie, die sich im mobilen Zustand des Fahrzeugs einstellen, eine deutlich geringere Kühlleistung erforderlich ist, kann das fahrzeugseitige Kühlsystem bzw. die dort verbleibenden Komponenten deutlich vereinfacht werden, beispielsweise indem die Batterieeinrichtung fahrzeugseitig nur Komponenten zur Luftkühlung aufweist.
Ferner kann die Batterieeinrichtung allgemein eine Fluidkühlung aufweisen, wobei weitere Kühlkomponenten fahrzeugseitig vorgesehen sind, die eine maximale Kühlleistung erzeugen, die deutlich geringer ist, als die Kühlleistung, welche sich durch das Zuführen von kühlendem Wärmemedium von außen, beispielsweise von der Ladestation, erreichen lässt. In diesem Fall muss zwischen dem stationären und dem mobilen Zustand des Fahrzeugs das Kühlsystem lediglich umgestellt werden. Beispielsweise kann im stationären Fall zur Übertragung von kühlendem Wärmemedium von der Ladestation das von außen zugeführte Wärmemedium zusätzlich zum bereits fahrzeugseitig bestehenden Kühlsystem hinzugefügt werden. Ein weiteres Beispiel wäre das das Kühlmedium des stationären externen Systems durch eine zusätzliche Kältemaschine (Chiller) eine deutlich geringere Vorlauftemperatur aufweist als im Vergleich das fahrzeugseitig installierte System.
Im Folgenden werden daher fahrzeugseitige Vorrichtungen, stationäre Vorrichtungen zur Fahrzeugverbindung sowie ein Verfahren zum Laden beschrieben, mittels denen fahrzeugseitige Kühlkomponenten einer Kraftfahrzeugbatterie signifikant reduziert werden können, indem zur Temperierung der Batterie kühlendes Wärmemedium von außen in das Fahrzeug eingebracht werden kann. Fahrzeugseitige Vorrichtungen werden mit der Vorsilbe „Fahrzeug-“ bezeichnet, und ladestationsseitige Fahrzeugseitige Vorrichtungen werden mit der Vorsilbe „Ladestation-“ bezeichnet.
Es wird ein Fahrzeugkupplungsstück beschrieben, das eingerichtet ist zur Befestigung an einer Außenhülle eines Kraftfahrzeugs. Das Fahrzeugkupplungsstück weist einen fluidübertragenen Zulaufanschluss und einen fluidübertragenen Ablaufanschluss auf. Der Zulaufanschluss und der Ablaufanschluss sind eingerichtet, an ein Kühlkanalsystem einer Batterie des Fahrzeugs angeschlossen zu werden.
Das Fahrzeugkupplungsstück ist eingerichtet zur Befestigung an einer Außenhülle, indem das Fahrzeugkupplungsstück selbst Befestigungsstrukturen wie Laschen, Öffnungen, Löcher oder andere Befestigungsstrukturen aufweist, mit denen das Fahrzeugkupplungsstück mit einer Außenhülle befestigt werden kann. Vorzugsweise sind die Befestigungselemente eingerichtet zur Befestigung des Fahrzeugkupplungsstücks innerhalb der Außenhülle. Das Fahrzeugkupplungsstück ist vorzugsweise mit einer Vertiefung ausgebildet, in der sich der Zulaufanschluss, der Ablaufanschluss oder beide Anschlüsse befinden. Das Fahrzeugkupplungsstück kann ferner jeweils eine Vertiefung für jeden der Anschlüsse aufweisen. Das Fahrzeugkupplungsstück kann mit einem Deckel vorgesehen sein, der in geschlossener Stellung mit der sich daran anschließenden Außenhülle – nach Befestigung des Fahrzeugkupplungsstücks – fluchtet. Diese fluchtende Orientierung des Deckels wird vorgesehen, in dem die Befestigungselemente des Fahrzeugkupplungsstücks derart positioniert und orientiert sind, dass sich eine fluchtende Positionierung des Deckels mit der Außenhülle ergibt.
Bevorzugt sind der Zulaufanschluss und der Ablaufanschluss in derselben Vertiefung vorgesehen, die von dem Deckel abgeschlossen werden kann. Der Zulaufanschluss ist in der gleichen Richtung ausgerichtet wie der Ablaufanschluss. Insbesondere sind die beiden Anschlüsse hinsichtlich Durchmesser und Ausbildung der jeweiligen Enden gleich ausgebildet. Der Zulaufanschluss und der Ablaufanschluss können an ihren nach außen gerichteten Seiten jeweils umlaufende Dichtlippen vorsehen, um einen fluiddichten Anschluss mit einer Ladestationskupplung vorzusehen. Das Fahrzeugkupplungsstück ist insbesondere ein Steckverbindungselement, vorzugsweise eine Buchse. Die Orientierung und Dimensionierung der Anschlüsse ist komplementär zu Anschlüssen einer Ladestationskupplung. Das Fahrzeugkupplungsstück kann ferner einen mechanischen Sicherungsmechanismus aufweisen, mit dem sich eine Ladestationskupplung lösbar arretieren lässt. Insbesondere kann das Fahrzeugkupplungsstück Bajonettverschlusselemente aufweisen, vorzugsweise buchsenseitige Bajonettverschlusselemente.
Gemäß einer Ausführungsform weist das Fahrzeugkupplungsstück ferner elektrische starkstromfähige Kontakte auf. Durch Materialwahl und Durchmesser sind die Kontakte starkstromfähig ausgebildet. Die Kontakte sind insbesondere für Dauerstromstärken von mindestens 20 Ampere, 50 Ampere, 100 Ampere oder 200 Ampere ausgebildet. Die starkstromfähigen Kontakte können 2-, 3- oder mehrphasig sein. Bevorzugt weist das Fahrzeugkupplungsstück ferner eine Signalschnittstelle auf. Diese kann elektrisch, optisch oder funkübertragend sein. Insbesondere bei einer elektrisch ausgebildeten Signalschnittstelle umfasst diese einen, vorzugsweise zwei oder auch mehr als zwei Signalkontakte. Die Signalschnittstelle ist vorzugsweise als Steckkontaktelement ausgebildet. Die Signalschnittstelle kann ferner ein Kommunikationsmodul zur Erzeugung eines Übertragungskanals aufweisen und ist insbesondere mit einem Steuerungsmodul des Fahrzeugkupplungsstücks verbunden.
Weiterhin kann das Fahrzeugkupplungsstück mit einem Temperatursensor ausgestattet sein. Der Temperatursensor ist wärmeübertragend mit dem Ablaufanschluss verbunden, kann jedoch auch wärmeübertragend mit dem Zulaufanschluss verbunden sein. Es können insbesondere jeweils ein Temperatursensor für jeden der Anschlüsse vorgesehen sein. Der Temperatursensor ist entweder in direkten Kontakt mit einem Fluidleitungsabschnitt, der zur Ausbildung des Zulauf- oder Ablaufanschlusses vorgesehen ist. Der Temperatursensor kann insbesondere mit einer Außenseite des Fluidleitungsabschnitts verbunden sein oder auch ins Innere des Fluidleitungsabschnitts hineinragen. Der Temperatursensor ist vorzugsweise mit dem Steuerungsmodul verbunden.
Ferner kann das Fahrzeugkupplungsstück einen Stromsensor aufweisen, der den Strom erfasst, welcher durch die starkstromfähigen Kontakte fließt. Insbesondere kann der Stromsensor ein Magnetfeldsensor sein, alternative Möglichkeiten ergeben sich mit einem Shunt, der in Serie mit einem der Kontakte verbunden ist.
Ferner kann ein Schließzustandssensor vorgesehen sein, der den Schließ- und/oder Arretierungszustand des Fahrzeugkupplungsstücks und/oder einer dazu komplementären Ladestationskupplung erfasst.
Die Sensoren sind mit dem Steuerungsmodul und/oder mit dem Kommunikationsmodul verbunden, so dass deren erfassten Signale ausgebildet werden können und von dem Steuerungsmodul des Fahrzeugkupplungsstücks oder übertragen werden können mittels des Kommunikationsmoduls, insbesondere zu einer Steuereinheit innerhalb des Kraftfahrzeugs insbesondere einer ECU, oder an eine Steuereinheit der Ladestation oder einer Ladestationskupplung. Das Kommunikationsmodul ist zur Errichtung und Aufrechterhaltung einer Kommunikationsverbindung mit den voran beschriebenen Komponenten eingerichtet.
Weiterhin kann das Fahrzeugkupplungsstück einen Durchflusssensor aufweisen, der den Durchfluss durch den Zulaufanschluss und/oder den Ablaufanschluss erfasst. Auch dieser Sensor kann mit dem Kommunikationsmodul und dem Steuerungsmodul verbunden sein, wie es vorangehend anhand des Temperatursensors oder des Stromsensors beschrieben ist. Der Durchflusssensor kann insbesondere als Ultraschalldopplersensor, als Wirbelzähler-Durchflusssensor, als Coriolis-Massedurchflusssensor, als Ultraschall-Durchflusssensor, oder als Differenzdruck-Durchflusssensor ausgebildet sein.
Es wird ferner eine Fahrzeugkupplungsanordnung beschrieben, die ein Fahrzeugkupplungsstück umfasst. Das Fahrzeugkupplungsstück ist eingerichtet zur Befestigung einer Außenhülle eines Kraftfahrzeugs. Hierzu kann das Fahrzeugkupplungsstück die Merkmale des vorangehend beschriebenen Fahrzeugkupplungsstücks aufweisen, die zur Befestigung und Orientierung gegenüber der Außenhülle dienen. Die Fahrzeugkupplungsanordnung umfasst neben dem Fahrzeugkupplungsstück eine fluidübertragene Leitung. Die fluidübertragene Leitung, insbesondere ein Rohr oder ein Schlauch verbindet das Fahrzeugkupplungsstück mit einem Kühlkreisanschlusselement. Das Kühlkreisanschlusselement ist eingerichtet, an ein Kühlkreissystem einer Batterie des Kraftfahrzeugs angeschlossen zu werden. Das Kühlkreisanschlusselement kann somit eine fluidverbindende Schraubverbindung und/oder Steckverbindung sein, oder eine andere vorzugsweise lösbare Verbindungsanordnung zur fluidtechnischen Anbindung an das Kühlkanalsystem der Batterie.
Das Fahrzeugkupplungsstück der Fahrzeugkupplungsanordnung kann ausgebildet sein, wie das vorangehend beschrieben Fahrzeugkupplungsstück, insbesondere hinsichtlich des Deckels, der Vertiefung, der Signalschnittstelle, der Sensoren und/oder der Kommunikations- oder Steuerungsmodule.
Das Fahrzeugkupplungsstück der Fahrzeugkupplungsanordnung umfasst einen fluidübertragenen Zulaufanschluss, einen fluidübertragenen Ablaufanschluss, oder beides. Insbesondere im Gegensatz zu den vorangehend beschriebenen Fahrzeugkupplungsstück kann das Fahrzeugkupplungsstück der Fahrzeugkupplungsanordnung nur einen der genannten Anschlüsse aufweisen, insbesondere der Zulaufanschluss. Im letztgenannten Fall kann das Kühlmedium über einen Ablauf des Fahrzeugs, der nicht Teil des hier beschriebenen Fahrzeugkupplungsstücks oder der hier beschriebenen Fahrzeugkupplungsanordnung ist, von dem Fahrzeug abgeführt werden. Der Zulaufanschluss und/oder der Ablaufanschluss sind über die mindestens eine fluidübertragene Leitung mit dem Kühlkreisanschlusselement verbunden. Das Kühlkreisanschlusselement kann zweiteilig ausgeführt sein und zwei einzelne Anschlüsse aufweisen, insbesondere einen Zulauf (für den Zulaufanschluss) und einen Ablauf (für den Ablaufanschluss). Umfasst das Fahrzeugkupplungsstück nur einen der Anschlüsse, so umfasst das Kühlkreisanschlusselement ebenso vorzugsweise nur einen Anschluss. Vorzugsweise umfasst das Kühlkreisanschlusselement zwei einzelne Anschlusselemente, die miteinander verbunden sind, um den Anschluss an die Batterie zu vereinfachen. Insbesondere verbindet eine fluidübertragene Leitung den Zulaufanschluss mit einem ersten Anschluss des Kühlkreisanschlusselements, und eine zweite fluidübertragene Leitung verbindet den Ablaufanschluss mit einem zweiten Anschluss des Kühlkreisanschlusselements.
Die mindestens eine fluidübertragene Leitung ist als Rohr oder vorzugsweise als Schlauch ausgebildet. Da das Kühlkreisanschlusselement mit dem Kühlkanalsystem der Batterie eine weitere Schnittstelle bindet, kann diese zum Austausch von Komponenten, beispielsweise des Kühlkanalsystems der Batterie, der Batterieeinrichtung, der zur Batterieeinrichtung gehörenden Batterie oder der Fahrzeugkupplungsanordnung getrennt werden, um eine neue Komponente nach dem Austausch wieder anschließen zu können. Das Kühlkreisanschlusselement kann jedoch auch einstückig mit dem Kühlkanalsystem verbunden sein, etwa um die Gefahr von Lecks zu verringern.
Der mindestens eine Temperatursensor und/oder der Durchflusssensor kann anstatt in oder an dem Fahrzeugkupplungsstück in oder an der mindestens einen fluidübertragenden Leitung oder in oder an dem Kühlkreisanschlusselement vorgesehen sein.
Weiterhin wird eine Batterieeinrichtung beschrieben, die als Start- oder Traktionsbatterie eines Hybrid- oder Elektrokraftfahrzeugs ausgestaltet ist. Dies betrifft insbesondere die Spannung, die Leistung und/oder die Kapazität der Batterie. Die Batterieeinrichtung ist mit einer Batterie ausgestattet, die ein Kühlkanalsystem aufweist. Das Kühlkanalsystem umfasst mindestens einen Kanal, der an den Zellen der Batterie vorbeistreicht und deren Wärme aufnimmt. Die Batterie kann ferner Kühlfinnen umfassen, an denen die Zellen befestigt sind, wobei die Kühlfinnen entweder mit dem Kühlkanalsystem wärmeübertragend verbunden sind, oder selbst zumindest einen Kühlkanal aufweisen, der Teil des Kühlkanalsystems ist. Das Kühlkanalsystem weist ein, vorzugsweise zwei oder mehrere fluidübertragene Anschlüsse auf. Die Batterieeinrichtung umfasst zudem ein mindestens ein Kühlkreisanschlusselement, dass mit dem mindestens ein Anschluss des Kühlkanalsystems verbunden ist. Die Batterie umfasst mindestens eine fluidübertragene Leitung.
Zudem umfasst die Batterieeinrichtung ein Fahrzeugkupplungsstück eingerichtet zur Befestigung einer Außenhülle des Kraftfahrzeugs. Das Fahrzeugkupplungsstück der Batterieeinrichtung ist insbesondere ausgebildet wie ein oben oder ein anhand der Zeichnung beschriebenes Fahrzeugkupplungsstück. Die mindestens eine fluidübertragene Leitung verbindet das Fahrzeugkupplungsstück mit dem Kühlkreisanschlusselement. Das Fahrzeugkupplungsstück und das Kühlkreisanschlusselement sind an entgegengesetzten Enden der mindestens einen fluidübertragenen Leitung vorgesehen. Ist nur eine fluidübertragene Leitung vorgesehen, so verbindet diese das Fahrzeugkupplungsstück und insbesondere einen Zulauf- oder Ablaufanschluss mit einem Anschluss des Kühlkreisanschlusselements. Umfasst das Fahrzeugkupplungsstück den Zulaufanschluss und den Ablaufanschluss, so sind für jeden dieser Anschlüsse des Fahrzeugkupplungsstücks eine fluidübertragene Leitung vorgesehen, die jeweils den Zulaufanschluss oder den Ablaufanschluss mit einem Anschluss des Kühlkreisanschlusselements verbindet. Die Anschlüsse des Kühlkreisanschlusselements sind einem Zulauf und einem Ablauf des Kühlkanalsystems der Batterie zugeordnet. Der Zulaufanschluss des Fahrzeugkupplungsstücks ist mit dem Anschluss des Kühlkreisanschlusselements verbunden, dass dem Zulauf zugeordnet ist. Der Ablaufanschluss ist mit dem Anschluss des Kühlkreisanschlusselements verbunden, der dem Ablauf des Kühlkanalsystems zugeordnet ist. Verbinden zwei Leitungen das Fahrzeugkupplungsstück mit dem Kühlkreisanschlusselement, dann ist eine Leitung vorzugsweise als Zulaufleitung ausgestaltet, und die andere ist als Ablaufleitung ausgestaltet. Die Ablaufleitung verbindet den Ablaufanschluss des Fahrzeugkupplungsstücks mit dem Anschluss des Kühlkreisanschlusselements, welches dem Zulauf des Kühlkanalsystems zugeordnet ist. In gleicher Weise verbindet die Ablaufleitung den Ablaufanschluss des Fahrzeugkupplungsstücks mit dem Anschluss des Kühlkreisanschlusselements, welcher dem Ablauf des Kühlkanalsystems zugeordnet ist.
Die Batterieeinrichtung umfasst daher nicht nur eine Batterie mit elektrischen Anschlusspolen, sondern auch ein Kühlkanalsystem sowie mindestens einen Anschluss, sowie eine fluidübertragende Leitung, die über das Kühlkreisanschlusselement mit dem mindestens einen Anschluss verbunden ist und schließlich ein Fahrzeugkupplungsstück, welches sich an dem Ende der Leitung befindet, welches demjenigen Ende entgegengesetzt ist, welches an der Batterie befestigt ist. Vorzugsweise ist das Kühlkanalsystem mit zwei Anschlüssen ausgestattet, wobei das Kühlkreisanschlusselement ebenso zwei Anschlüsse aufweist. Die Anschlüsse können dann als Ablauf und als Zulauf verwendet werden.
Es kann jedoch nur ein Zulauf (und kein Ablauf) an dem Kühlkanalsystem vorgesehen sein, der über das Kühlkreisanschlusselement und über die Leitung mit dem Fahrzeugkupplungsstück verbunden ist. Das der Batterie zugeführte Wärmemedium wird dann an anderer Stelle des Fahrzeugs aus diesem entfernt oder in einen Tank transportiert. Besteht ein Ablauf außerhalb der hier beschriebenen Batterieeinrichtung bzw. der hier beschriebenen Fahrzeugkupplungsanordnung, dann ist der Kühlkreislauf zwischen Batterie und Ladestation entweder nicht geschlossen, oder über den Ablauf geschlossen, der nicht Teil der Fahrzeugkupplungsanordnung der Batterieeinrichtung ist, wie sie hier beschrieben sind.
Gemäß einer Ausführungsform der hier beschriebenen Batterieeinrichtung umfasst die fluidübertragene Leitung eine Zuleitung. Das Fahrzeugkupplungsstück weist einen fluidübertragenen Zulaufanschluss auf. Der Zulaufanschluss des Fahrzeugkupplungsstücks ist über die Zuleitung mit einem Eingang des Kühlkanalsystems verbunden. Der Eingang des Kühlkanalsystems wird auch als Zulauf bezeichnet und ist insbesondere wie oben stehend definiert. Die Zuleitung kann der oben definierten Zuleitung entsprechen, die von der Leitung vorgesehen wird. Alternativ oder in Kombination hierzu kann die mindestens eine fluidübertragene Leitung eine Ableitung umfassen, insbesondere eine wie sie oben definiert ist. Das Fahrzeugkupplungsstück kann einen fluidübertragenen Ablaufanschluss aufweisen. Der Ablaufanschluss ist über die Ableitung mit einem Ausgang des Kühlkanalsystems verbunden. Der Ausgang des Kühlkanalsystems kann auch als Ablauf bezeichnet werden, wie er oben beschrieben ist.
Weiterhin wird eine Ladestationskupplung beschrieben, die zur lösbaren Verbindung mit einem Fahrzeugkupplungsstück eingerichtet ist, dass sich an einer Außenhülle befindet. Das Fahrzeugkupplungsstück kann hierbei dem oben beschriebenen Fahrzeugkupplungsstück entsprechen. Die Ladestationskupplung weist einen fluidübertragenen Zulaufanschluss auf. Die Ladestationskupplung weist ferner einen fluidübertragenen Ablaufanschluss auf. Der Zulaufanschluss und der Ablaufanschluss sind eingerichtet, fluiddicht mit Zulauf- und Ablaufanschlüssen des Fahrzeugkupplungsstücks lösbar verbunden zu werden. Die Ladestationskupplung ist komplementär zu dem Fahrzeugkupplungsstück ausgebildet.
Die Ladestationskupplung kann als Steckverbindungselement vorgesehen sein, insbesondere als Ladestecker oder in Form eines Schlauchkopfs, der ausgebildet ist, um fluiddicht mit dem Zulauf- oder Ablaufanschlüssen verbunden zu werden. Die Ladestationskupplung umfasst insbesondere eine Arretierungsmechanik, die komplementär zu einer Arretierungsmechanik des Fahrzeugkupplungsstücks ist. Insbesondere kann die Ladestationskupplung einen Bajonettmechanismus als Arretierungsmechanismus aufweisen, der mit dem Bajonettmechanismus des Fahrzeugkupplungsstücks lösbar verbunden werden kann.
Die Ladestationskupplung kann nur zur Übertragung von kühlendem Wärmemedium dienen, so dass die Ladestationskupplung als Wärmemediumkupplung vorgesehen ist. Neben dieser Kupplung kann dann eine elektrische Kupplung vorgesehen sein, insbesondere ein Ladestecker, um einen elektrischen Kontakt herzustellen. Bevorzugt weist die Ladestationskupplung jedoch neben den fluidübertragenen Anschlüssen auch starkstromfähige Kontakte auf. Die starkstromfähigen Kontakte der Ladestationskupplung sind komplementär zu den starkstromfähigen Kontakten des Fahrzeugkupplungsstücks ausgebildet, wie sie oben beschrieben sind. Die starkstromfähigen Kontakte der Ladestationskupplung sind durch Materialwahl und Durchmesser ausgebildet, einen Strom von mindestens 20, 50, 100 oder 200 Ampere dauerhaft zu führen. Die starkstromfähigen Kontakte sind eingerichtet, mit starkstromfähigen Kontakten des Fahrzeugkupplungsstücks lösbar elektrisch verbunden zu werden. Die starkstromfähigen Kontakte der Ladestationskupplung können als Stifte ausgebildet sein, während die starkstromfähigen Kontakte des Fahrzeugkupplungsstücks als Buchsen ausgebildet sind, die diese Stifte im Wesentlichen passgenau aufnehmen können. Jedoch können die Stifte auch am Fahrzeugkupplungsstück ausgebildet sein, und die Buchsen können an der Ladestationskupplung ausgebildet sein.
Die Ladestationskupplung kann ferner eine elektrische, optische oder funkübertragene Signalschnittstelle aufweisen, die komplementär zu der Signalschnittstelle des Fahrzeugkupplungsstücks ausgebildet ist. Die Signalschnittstelle der Ladestationskupplung ist zum Aufbau einer Kommunikationsverbindung mit über die Signalschnittstelle des Fahrzeugkupplungsstücks ausgebildet. Alternativ oder in Kombination hierzu kann die Signalschnittstelle der Ladestationskupplung auch ausgebildet sein, eine Kommunikationsverbindung mit einem Kommunikationsmodul innerhalb der Ladestation, innerhalb des Fahrzeugs oder innerhalb des Fahrzeugkupplungsstücks zu erstellen. Falls die Signalschnittstelle des Fahrzeugkupplungsstücks elektrisch ausgebildet ist, so ist die Signalschnittstelle der Ladestationskupplung komplementär hierzu aufgebaut, insbesondere als Steckkontakte, die in die Steckkontakte der Signalschnittstelle des Fahrzeugkupplungsstücks eingreifen können.
Es wird ferner eine Ladestation zur Aufladung eines Hybrid- oder Elektrokraftfahrzeugs beschrieben. Die Ladestation weist eine elektrische Zuleitung und daran angeschlossene starkstromfähige Kontakte auf. Die Kontakte sind an einem Ende der Zuleitung vorgesehen. Die starkstromfähigen Kontakte sind eingerichtet, mit einem Fahrzeugkupplungsstück des Kraftfahrzeugs und insbesondere mit Kontakten des Fahrzeugkupplungsstücks des Kraftfahrzeugs lösbar elektrisch verbunden zu werden. Die starkstromfähigen Kontakte entsprechen vorzugsweise den Kontakten der oben beschriebenen Ladestationskupplung.
Es ist vorgesehen, dass die Ladestation ferner eine fluidübertragene Zuleitung aufweist. Diese ist insbesondere als Schlauch ausgelegt oder zumindest abschnittsweise als Schlauch, an dem sich ein Rohr anschließt. Die Zuleitung umfasst einen daran angeschlossenen fluidübertragenen Zulaufanschluss. Dieser ist an einem Ende der Zuleitung vorgesehen. Der Zulaufanschluss ist eingerichtet, fluiddicht mit einem fluidübertragenen Zulaufanschluss lösbar verbunden zu werden, der sich an dem Kraftfahrzeug befindet. Der Zulaufanschluss, der sich an dem Kraftfahrzeug befindet und gemäß dem der Zulaufanschluss der Ladestation ausgebildet ist, ist vorzugsweise der Zulaufanschluss des oben beschriebenen Fahrzeugkupplungsstücks. Der Zulaufanschluss der Ladestation ist komplementär zu dem Zulaufanschluss am Kraftfahrzeug ausgebildet.
Die Ladestation ist stationär und insbesondere fest mit einem Fundament verbunden. Die Ladestation kann ein oder mehrere Gehäuse umfassen, an denen die elektrische Zuleitung und die fluidübertragene Zuleitung befestigt sind. Die fluidübertragene Zuleitung kann von einem anderen Gehäuse ausgehen wie die elektrische Zuleitung. Vorzugsweise führen die fluidübertragene Zuleitung und die elektrische Zuleitung zum selben Gehäuse der Ladestation. Die elektrische Zuleitung kann körperlich mit der fluidübertragenen Zuleitung kombiniert sein, insbesondere durch eine sich entlang der Zuleitung erstreckenden Befestigungsvorrichtungen, die die Zuleitungen über ihre Länge miteinander körperlich verbindet. Die elektrische Zuleitung und die fluidübertragene Zuleitung können in demselben Schlauch oder in derselben Hülle vorgesehen sein.
Die starkstromfähigen Kontakte der elektrischen Zuleitung sind an dem Ende der Zuleitung vorgesehen, das dem Gehäuse entgegengesetzt ist. Der Zulaufanschluss ist an dem Ende der fluidübertragenen Zuleitung vorgesehen, der dem Gehäuse entgegengesetzt ist, an dem der Zulaufanschluss angeschlossen ist.
Die elektrische Zuleitung sowie die fluidübertragene Zuleitung sind jeweils mit dem Gehäuse, an dem die befestigt sind, elektrisch bzw. fluidübertragend verbunden, insbesondere mit Komponenten innerhalb des jeweiligen Gehäuses.
Die Ladestation umfasst insbesondere eine Ladestationskupplung, vorzugsweise eine wie oben beschriebene Ladestationskupplung. Die starkstromfähigen Kontakte der Ladestation sind in der Ladestationskupplung vorgesehen. Die Ladestation kann mehrere Ladestationskupplungen aufweisen, wobei eine Ladestationskupplung die starkstromfähigen Kontakte aufweist, und eine andere Ladestationskupplung den Zulaufanschluss und ggf. einen Ablaufanschluss aufweist. Bevorzugt umfasst die Ladestation mindestens eine Ladestationskupplung, der sowohl die starkstromfähigen Kontakte als auch der Zulaufanschluss und ggf. auch ein Ablaufanschluss der Zuleitung der Ladestation vorgesehen sind. Dadurch lässt sich mit einem einzigen Handgriff eine fluidübertragene und eine elektrische Verbindung zwischen Ladestation und Fahrzeug herstellen, so dass unmittelbar danach das Laden und das gleichzeitige Kühlen beginnen können. Die Ladestation umfasst ein Steuerungsmodul und/oder ein Kommunikationsmodul. Das Kommunikationsmodul kann mit den oben beschrieben Kommunikationsmodulen der Ladestationskupplung bzw. des Fahrzeugkupplungsstücks verbunden werden, indem dieses die entsprechenden Kommunikationsprotokolle beherrscht. Diese Module sind vorzugsweise in zumindest einem der Gehäuse vorgesehen. Die Ladestation umfasst ferner einen Netzanschluss an ein Stromnetz und ggf. einen Ladestromgenerator, der mit dem Stromnetz verbunden ist, und der ferner mit der elektrischen Zuleitung verbunden ist, um an diese den Ladestrom abzugeben. Die Steuerung kann mit dem Ladestromgenerator steuernd verbunden sein. Ein Steuerungsmodul kann insbesondere eingerichtet sein, eine Kommunikationsverbindung mit den hier beschriebenen Sensoren aufzubauen, um von diesen Sensordaten zu erfassen.
Die Ladestation umfasst ferner eine Wärmesenke, ein Fördermittel, etwa eine Pumpe, zum Transport des Wärmemediums oder einen Tank oder eine Quelle für Wärmemedium. In einer besonders einfachen Ausführungsform dient ein Wassernetz als Quelle für das Wärmemedium. Die Ladestation kann ferner einen Wärmetauscher umfassen und/oder Kühlfinnen oder andere Kühlkörper mit der das Wärmemedium gekühlt wird. Vorzugsweise umfasst die Ladestation einen Zulauf- und einen Ablaufanschluss, so dass die Ladestation zusammen mit den Zuleitungen und der Batterieeinrichtung einen geschlossenen einen Wärmemediumkreislauf bilden. Die Wärme kann dann über einen Wärmetauscher entfernt werden. Es können Kühlelemente wie Kompressoren oder Peltierelemente vorgesehen sein, um die Kühlung aktiv zu unterstützen. Es kann ein Ersatztank mit Wärmemedium vorgesehen sein, um ggf. Wärmemedium nachzufüllen, falls der geschlossene Wärmekreislauf aufgrund von Lecks oder durch Benutzungsfehler Wärmemedium verliert.
Als Wärmemedium eignet sich insbesondere Wasser, wobei im Allgemeinen Flüssigkeiten bevorzugt werden beispielsweise Wasser-Glykol-Gemisch um den Betrieb auch bei tiefen Temperaturen zu ermöglichen, es kann jedoch auch Gase verwendet werden wie Luft, die über die Zuleitungen an die Batterie abgegeben werden. Besonders bevorzugt werden jedoch Flüssigkeiten als Wärmemedium verwendet, insbesondere nichtleitende Flüssigkeiten. Mit einer spezifischen Wärmekapazität, die nicht weniger als 10, 20 oder 40 Prozent der spezifischen Wärmekapazität von Wasser beträgt.
Die Ladestation kann eine Kühleinrichtung umfassen, die die Fördereinrichtung und den Wärmetauscher umfasst. Diese Kühleinrichtung ist in einem Gehäuse vorgesehen, insbesondere in dem Gehäuse, an dem auch die fluidübertragene Zuleitung befestigt ist. Die Kühleinrichtung ist über die fluidübertragene Zuleitung mit einer Ladestationskupplung verbunden, die sowohl einen fluidübertragenen Zulaufanschluss, als auch einen fluidübertragenen Ablaufanschluss umfasst. Die Zuleitung ist daher doppelt ausgeführt, wobei sich ein Zulauf und ein Ablauf als Fluidleitung ergeben, insbesondere in Form eines Schlauchs. Zuleitung und Ableitung können durch eine gemeinsame Hülle miteinander verbunden sein. In dieser Hülle ist vorzugsweise auch die elektrische Zuleitung vorgesehen. Neben der elektrischen Zuleitung, die mit den starkstromfähigen Kontakten verbunden ist, umfasst die Ladestationskupplung der Ladestation vorzugsweise auch eine Signalschnittstelle, die über eine Datenleitung (vorzugsweise als zweiadriger Bus) mit dem Gehäuse verbunden ist, in dem auch die Kühleinrichtung vorliegt. In diesem Gehäuse ist insbesondere auch der Ladestromgenerator vorgesehen, sowie auch das Kommunikationsmodul und/oder das Steuerungsmodul. Die Signalleitung ist direkt oder über das Kommunikationsmodul mit dem Steuerungsmodul verbunden. Das Steuerungsmodul ist mit der Kühleinrichtung und mit dem Ladestromgenerator steuernd verbunden.
Schließlich wird ein Verfahren beschrieben zum Laden einer Start- oder Traktionsbatterie eines Hybrid- oder Elektrokraftfahrzeugs. Elektrische Energie wird von einer Ladestation, insbesondere die hier beschriebene Ladestation, über eine lösbare elektrische Verbindung, insbesondere die hier beschriebene elektrische Verbindung, an das Hybrid- oder Elektrokraftfahrzeug übertragen. Es ist vorgesehen, dass während dem Übertragen der elektrischen Energie der Batterie ein Wärmemedium von der Ladestation zugeführt wird über eine lösbare fluiddichte Verbindung. Es ist daher vorgesehen, dass eine elektrische Verbindung zur Übertragung von Ladestrom zwischen dem Fahrzeug und der Ladestation hergestellt wird. Ferner ist vorgesehen, dass eine lösbare fluiddichte Verbindung zwischen der Ladestation und dem Kraftfahrzeug hergestellt wird. Vorzugsweise sind der Schritt des Herstellens einer fluiddichten Verbindung und der Schritt des Herstellens einer elektrischen Verbindung der gleiche Schritt. Dieser gemeinsame Schritt wird insbesondere ausgeführt, in dem eine Ladestationskupplung, insbesondere eine wie hier beschriebene Ladestationskupplung, mit einer Fahrzeugkupplungsanordnung, insbesondere wie sie hier beschrieben wird, lösbar verbunden wird. Da die Ladestationskupplung insbesondere sowohl starkstromfähige Kontakte aufweist, als auch zumindest einen fluidübertragenen Zulaufanschluss und insbesondere einen fluidübertragenen Ablaufanschluss, kann durch das Verbinden der Ladestationskupplung mit der Fahrzeugkupplungsanordnung der gemeinsame Schritt durchgeführt werden, in dem sowohl die elektrische als auch die fluidübertragene Verbindung erzeugt wird. Die elektrische Verbindung betrifft eine Verbindung zur Übertragung von Starkstrom. Andere Ausführungsformen sehen vor, dass das Herstellen der elektrischen Verbindung und das Herstellen der fluiddichten Verbindung zwei Schritte sind, die insbesondere mit zwei getrennten Ladestationskupplungen vorgesehen werden. Hierbei wird die fluiddichte Verbindung über eine Ladestationskupplung mit zumindest einem Zulaufanschluss oder auch mit einem Ablaufanschluss erzeugt, und die elektrische Verbindung wird erzeugt mittels einer hiervon getrennten Ladestationskupplung, die starkstromfähige Kontakte aufweist. Nach dem Herstellen einer fluiddichten Verbindung und/oder einer elektrischen Verbindung kann vorgesehen sein, dass die entsprechenden Kupplungen (lösbar) arretiert werden, vorzugsweise automatisch durch einen elektromechanischen Aktuator.
Schließlich kann das Verfahren vorsehen, dass eine Kommunikationsverbindung hergestellt wird. Das Herstellen der Kommunikationsverbindung, insbesondere durch Verbinden einer Signalschnittstelle des Fahrzeugkupplungsstücks mit einer Signalschnittstelle der Ladestationskupplung, wird insbesondere auch innerhalb des oben beschriebenen gemeinsamen Schritts durchgeführt. Dies wird vorgesehen, in dem die verwendete Ladestationskupplung nicht nur einen Zulaufanschluss und ggf. auch einen Ablaufanschluss, sowie starkstromfähige Kontakte aufweist, sondern ferner auch eine Signalschnittstelle. Durch Anbringen dieser Ladestationskupplung an die Fahrzeugkupplungsanordnung werden dann sowohl die fluiddichte, als auch die elektrische Verbindung hergestellt, sowie auch die Kommunikationsverbindung.
Das Verfahren kann vorsehen, dass eine Temperatur, ein Strom, ein Durchfluss, oder ein Schließzustand wie oben beschrieben erfasst wird und Daten, die diese Sensordaten wiedergeben, an ein Steuerungsmodul übertragen werden. Das Steuerungsmodul kann in dem Fahrzeug, in dem Fahrzeugkupplungsstück, in der Ladestationskupplung und vorzugsweise in der Ladestation vorgesehen sein. Ein in der Ladestation vorgesehenes Steuerungsmodul erfasst diese Daten, insbesondere die Temperaturdaten oder auch Durchflussdaten und steuert gemäß zumindest einem der Sensordaten den Ladestromgenerator und/oder die Temperatur, die Kühlleistung oder die Durchflussrate der Kühleinrichtung der Ladestation.
Falls erwünscht, kann anstatt einer Kühlung, die mit der hier beschriebenen Vorgehensweise ermöglicht wird, auch eine Erwärmung vorgesehen werden. In beiden Fällen wird das Wärmemedium mit der gewünschten Temperatur vorgesehen mittels einer Vorrichtung außerhalb des Fahrzeugs (d.h. mittels der Ladestation), und das Wärmemedium wird zur Übertragung dieser Temperatur mit den hier beschriebenen Mitteln in das Fahrzeug eingebracht, insbesondere an die Batterie. Anstatt einer Kühleinrichtung oder Wärmesenke kann daher eine Heizeinrichtung oder eine Wärmequelle vorgesehen sein. Eine Erwärmung der Batterie kann wünschenswert sein, um bei kalter Umgebung eine kalte Batterie auf eine Betriebstemperatur zu bringen.
Kurzbeschreibung der Zeichnung
In der 1 zeigt ein Gesamtsystem zur Erläuterung von Ausführungsformen der hier beschriebenen Gegenstände und des hier beschriebenen Verfahrens.
Detaillierte Beschreibung der Zeichnung
Die 1 zeigt ein Gesamtsystem 10 mit einem Kraftfahrzeug, von dem zur besseren Verständnis nur ein Teil der Außenhülle 20 dargestellt ist. Die 2 zeigt schematisch ein Fahrzeugkupplungsstück 30, dass über Befestigungselemente 32 mit an der Außenhülle 20 des Fahrzeugs befestigt ist. Das Fahrzeugkupplungsstück 30 umfasst einen Zulaufanschluss 40 und einen Ablaufanschluss 42. Der Ablaufanschluss ist eingerichtet, an ein Kühlkanalsystem 50 einer Batterie 60 angeschlossen zu werden.
Ferner können im Kraftfahrzeug weitere zu kühlende Komponenten vorgesehen sein, die der Batterie angehören, etwa ein Ladekonverter 62, der ebenso ein Kühlkanalsystem 52 aufweist. Das Fahrzeugkupplungsstück ist eingerichtet, auch an ein derartiges Kühlsystem 52 angeschlossen zu sein.
Die Batterie 60 ist Teil einer Batterieeinrichtung, die ferner ein Kühlkreisanschlusselement 100, 102, mindestens eine fluidübertragende Leitung 44, 46 und das Fahrzeugkupplungsstück 30 umfasst. Die Batterieeinrichtung umfasst daher neben der Batterie 60 weitere fluidübertragende Komponenten, mit denen die Batterieeinrichtung an eine Ladestationskupplung 200 einer Ladestation 300 angeschlossen werden kann.
Das Fahrzeugkupplungsstück umfasst elektrische starkstromfähige Kontakte 70, die lediglich schemenhaft in 1 dargestellt sind. Weiterhin umfasst das in 1 dargestellte Fahrzeugkupplungsstück optionale Sensoren, von denen ein Sensor beispielhaft mit dem Bezugszeichen 80 gekennzeichnet ist. Der Sensor 80 kann ein Temperatursensor sein, der mit dem Zulaufabschluss 40 und/oder mit dem Ablaufanschluss 42 verbunden ist, insbesondere mit dem Ablaufanschluss 42, um die erforderliche Kühlleistung schätzen zu können. Der Sensor 80 kann insbesondere ein Durchflusssensor sein, der ebenso mit dem Ablauf oder dem Zulaufanschluss 40, 42 verbunden ist. Der Sensor, die Sensorleitung sowie eine Signalschnittstelle 90 sind gestrichelt dargestellt. Die Signalschnittstelle ist eine elektrische Schnittstelle in Form von Steckkontakten, die an den starkstromfähigen Kontakten angeordnet sind, jedoch nicht elektrisch verbunden sind.
Ferner ist in 1 eine Fahrzeugkupplungsanordnung dargestellt, die das Fahrzeugkupplungsstück 30 umfasst, sowie eine fluidübertragene Leitung 44, die das Fahrzeugkupplungsstück 30 und insbesondere den Zulaufanschluss 40 mit einem Kühlkreisanschlusselement verbindet. Das Kühlkreisanschlusselement 100 gehört der Fahrzeugkupplungsanordnung an und ist eingerichtet, mit dem Kühlkanalsystem 50 der Batterie 60 verbunden zu werden. Die Batterie 60 weist hierzu einen Zulaufanschluss 60a auf, der komplementär zum Kühlkreisanschlusselement 100 ausgebildet ist, so dass das Kühlkreiselement 100 fluiddicht mit dem Zulaufanschluss 60a der Batterie verbunden werden kann, vorzugsweise lösbar. Die Leitung 44 kann ein weiteres Kühlkreisanschlusselement 102 aufweisen, das eingerichtet ist, mit einem Zulaufanschluss des Ladekonverters 62 verbunden zu werden. Die Zuleitung 44 kann sich somit gabeln. Wenn das Fahrzeugkupplungsstück 30 nur mit der Batterie 60 verbunden wird, dann ist die Zuleitung ein einfacher Schlauch, der den Zulaufanschluss 40 des Fahrzeugkupplungsstücks 30 direkt und insbesondere ausschließlich den Kühlkreisanschlusselement 100 verbindet, dass zum Anschluss an das Kanalsystem 50 der Batterie 60 eingerichtet ist.
Die Batterie 60 umfasst ferner ein zusätzliches Kühlsystem 51, das mit Komponenten innerhalb des Fahrzeugs (nicht dargestellt) betrieben wird, etwa für mobile Betriebsphasen, in denen die Batterie 60 zu kühlen ist. Da in allen Betriebsphasen außer dem stationären Laden und insbesondere in allen mobilen Betriebsphasen eine maximale Kühlleistung erforderlich ist, die deutlich unter der Kühlleistung durch das zugeführter Wärmemedium liegt, können diese Komponenten innerhalb des Fahrzeugs gemäß einer deutlich geringeren Kühlleistung dimensioniert werden. So kann das zusätzliche Kühlsystem ein passives oder aktives Luft-Kühlsystem mit Kühlfinnen sein, dessen Kühlleistung für alle Betriebsphasen außer dem stationären Laden beispielsweise mit erhöhter Ladeleistung beispielsweise zum Schnellladen ausreicht.
Auch für den Konverter 62 kann ein derartiges zusätzliches Kühlsystem vorgesehen sein. Zudem kann vorgesehen sein, dass die Leitung 44 in dem zusätzlichen Kühlsystem 51 mündet, um dessen Leistung im Bedarfsfall (beim stationären Laden) deutlich zu erhöhen. In diesem Fall ersetzt das zusätzliche Kühlsystem 51 das Kühlsystem 50 und kann wie dieses ausgestaltet sein. Vorzugsweise ist die Leitung 44 über ein Rückschlagventil mit dem Kühlsystem 51 verbunden. Alternativ kann ein Wärmetauscher zwischen der Leitung 44 und dem zusätzliche Kühlsystem 51 oder dem Kühlsystem 50 vorgesehen sein, über den sich die Kühlleistung der Ladestation der Batterie zuführen lässt.
Das Fahrzeugkupplungsstück 30 der Fahrzeugkupplungsanordnung umfasst ferner einen Ablaufanschluss 42, der über eine fluidübertragene Leitung 46, die als Ablauf dient, mit dem Kühlkreisanschlusselement 100 verbunden. In der 1 ist das Kühlkreisanschlusselement zweiteilig dargestellt, da die 1 eine grundsätzliche Topologie symbolhaft darstellt. Das Kühlkreisanschlusselement umfasst eine funktionelle Komponente 100 als Zulauf und eine funktionelle Komponente 100‘ als Ablauf. Da diese beiden Komponenten vorzugsweise mit einem einzelnen Verbindungsteil vorgesehen werden, werden diese beiden funktionellen Komponenten als ein maschinenbauliches Element betrachtet.
Es ist vorgesehen, dass auch der Konverter 62 einen Ablauf 62b aufweist. Hierzu umfasst die Fahrzeugkupplungsanordnung einen Ablaufanschluss 102‘ der eingerichtet ist, an den Ablauf 62b des Ladekonverters angeschlossen zu werden. In 1 ist eine gemeinsame Rückleitung vorgesehen, die als waagrechter, als rechts gerichteter Doppelpfeil vorgesehen ist, und einen Teil der fluidübertragenen Leitung 46 bildet. Der Ladekonverter 62 ist über Leitungen 120, 122 mit Polen der Batterie 60 verbunden, um einen Ladestrom an die Batterie abzugeben. Die Pole sind als Rechtecke unterhalb der Zuleitung 120, 122 dargestellt. Die Zuleitungen selbst sind starkstromfähig.
Die 1 zeigt ferner eine Ladestationskupplung 200 mit einem fluidübertragenen Zulaufanschluss 240 und einem fluidübertragenen Ablaufanschluss 242. Es ist ersichtlich, dass die Zulauf- und Ablaufanschlüsse 240, 242 lösbar mit dem Zulauf- und Ablaufanschlüssen 40, 42 verbunden werden können. Auch in der Ladestationskupplung kann ein optionaler Sensor 82 vorgesehen sein, der wie der Sensor 80 ausgebildet sein kann. Auch hier besteht eine Datenleitung, gepunktet dargestellt, auch die Datenleitung des Sensors 80, die zunächst zu einer Signalschnittstelle 290 der Ladestationskupplung führt. Die Schnittstelle 290 ist komplementär zu der Schnittstelle 90 ausgelegt. Die Schnittstellen sind derart ausgestaltet, dass bei Verbindung des Fahrzeugkupplungsstücks 30 mit der Ladestationskupplung 200 die beiden Schnittstellen 90, 290 eine Kommunikationsverbindung aufbauen, insbesondere einen direkten (ohmschen) elektrischen Kontakt.
Die Ladestationskupplung 200 sowie das Fahrzeugkupplungsstück umfassen Arretierungsmechanismen 2, 202, die elektrisch schematisch dargestellt sind und für eine temporäre Arretierung der Ladestationskupplung mit dem Fahrzeugkupplungsstück ermöglichen. Seitens der Ladestationskupplung ist ein Arretierungsmechanismus 202 dargestellt, der komplementär zum Arretierungsmechanismus 2 des Fahrzeugkupplungsstücks ist und in diesen eingreifen kann. Die Sensoren 80 und/oder 280 können Sensoren sein, die den tatsächlichen Schließzustand des Arretierungsmechanismus 2, 202 erfassen.
Die Ladestationskupplung ist ferner mit starkstromfähigen Kontakten 270 ausgerüstet. Die elektrische Signalschnittstelle 290 kann mit diesen Kontakten körperlich integriert sein, trotz elektrischer Isolation gegenüber den Kontakten 270. Die körperliche Integration ist in 1 dargestellt.
In 1 ist ferner eine Ladestation 300 dargestellt, die die Ladestationskupplung 200 umfasst. Ferner umfasst die Ladestation 300 eine elektrische Zuleitung 310. Diese ist über das Fahrzeugkupplungsstück 30 mit einer elektrischen Zuleitung 64 mittelbar über den Ladekonverter 62 mit der Batterie 60 verbunden. Die Ladestation 300 umfasst ferner eine fluidübertragene Zuleitung 340, die zum Ablaufanschluss 240 der Ladestationskupplung 200 führt. Ferner umfasst die Ladestation 300 eine fluidübertragene Ableitung 342, die zum Ablaufanschluss 242 der Ladestationskupplung 200 führt. Die elektrische Zuleitung 310 sowie die fluidübertragene Zuleitung und Ableitung 340, 342 werden körperlich zusammengefasst durch eine symbolisch dargestellte Hülle 350. Ferner ist anhand des Doppelstrichs der elektrischen Zuleitung 210 zu erkennen, dass diese darüber hinaus eine Busleitung umfasst, die eine Kommunikationsverbindung ermöglicht.
Die Ladestation umfasst ferner ein Gehäuse 400. An dieses Gehäuse 400 angeschlossen sind die elektrische Zuleitung 310 (welche mit einem Bus kombiniert ist), sowie die Zuleitung 340 und die Ableitung 342. In dem Gehäuse sind ferner ein Ladestromgenerator 462, ein Steuerungsmodul 490 und eine Kühleinrichtung 450 vorgesehen. Die Kühleinrichtung umfasst eine Pumpe 454 und einen Wärmetauscher 456. Dadurch kann die über den Ablauf 342 zugeführte Wärme, d. h. das zugeführte Wärmemedium, zunächst gekühlt werden mittels des Wärmetauscher 456 und dann der Pumpe 454 zugeführt werden, damit der Kühlkreislauf aktiv aufrechterhalten wird und gekühltes Wärmemedium über den Zulauf 340 der Ladestationskupplung 200 und somit dem Fahrzeugkupplungsstück 30 zugeführt werden kann.
Die Steuerung 490 erhält über die Kommunikationsverbindung, gestrichelt dargestellt, von den Sensoren 80 oder 280 Signale, woraufhin diese die Leistung des Wärmetauscher 456 und/oder die Leistung der Pumpe 454 steuern kann. In dem in 1 dargestellten Gesamtsystem 10 sind elektrische Verbindungen zur Übertragung von Ladestrom mit einer einfachen, durchgezogenen Linie dargestellt. Datenleitungen sind gepunktet dargestellt. Fluidübertragene Verbindungen sind mit Doppellinien und Doppelpfeilen dargestellt. Die Pfeile geben hierbei die Fließrichtung an. Die Datenleitungen geben eine Kommunikationsverbindung wieder in Form einer elektrischen oder optischen Signalleitung, in Form von Funkverbindungen, oder in Form von signalübertragenden Verbindungen, die auf Signalen basieren, die auf die elektrische Zuleitung (d.h. auf die Starkstromleitung) aufmoduliert sind.
Eine Variante des Ablaufs des Kühlmediums ist mit dem gestrichelten Doppelpfeil 500 dargestellt. Dieser Pfeil 500 stellt einen Ablauf dar, mit dem das Kühlmedium, welches über die Ladestationskupplung 200, das Fahrzeugkupplungsstück 30 und dem Kühlkreisanschlusselement 100, 102 der Batterie (bzw. dem Ladeinverter) zugeführt wurde, nach Durchgang durch das jeweilige Kühlkanalsystem 50, 52 abführt, beispielsweise in eine Drainage. Diese Art der Abgabe von Wärmemedium, das bereits durch den Kühlkreislauf 50 bzw. 52 durchflossen hat, ermöglicht eine besonders einfache Realisierung des Systems. Das Kühlmedium kann hierbei dem System wieder zugeführt werden, indem eine Dränage das aus dem Ablauf 500 fließende Kühlmedium auffängt und beispielsweise gereinigt, gefiltert und/oder gekühlt der Ladestation 400 zurückführt. Ein entsprechender Drainageabgabeanschluss kann als Ablauf 500 an der Unterseite des Fahrzeugs vorgesehen sein. Dadurch kann das erwärmte Wärmemedium, in diesem Fall Wasser, wieder aus dem Kraftfahrzeug entfernt werden.
Bezugszeichenliste

10: Gesamtsystem
20: Außenhülle eines Kraftfahrzeugs
30: Fahrzeugkupplungsstück
32: Befestigungselemente des Fahrzeugkupplungsstücks
40: Zulaufanschluss des Fahrzeugkupplungsstücks
42: Ablaufanschluss des Fahrzeugkupplungsstücks
44: Fluidübertragene Leitung, insbesondere Zulauf
46: Fluidübertragene Leitung, insbesondere Ablauf
50, 52: Kühlkanalsystem der Batterie bzw. eines optionalen fahrzeugseitigen Ladekonverters
60: Batterie
62: Ladekonverter
60a, 62a: Zulauf des Kühlkanalsystems der Batterie/des Kühlkanalkonverters
60b, 62b: Ablauf des Kühlkanalsystems der Batterie/des Ladestromkonverters
70: starkstromfähige Kontakte des Fahrzeugkupplungsstücks
80: Sensor, insbesondere Arretierungszustandssensor, Temperatursensor, Durchflussratensensor
90: Signalschnittstelle des Fahrzeugkupplungsstücks/der Ladestationskupplung
100, 102: Zulaufseitiges Kühlkreisanschlusselement der Batterie bzw. des Ladekonverters
100', 102': Ablaufseitiges Kühlkreisanschlusselement der Batterie bzw. des Ladekonverters
120, 122: elektrische Verbindungen zwischen Ladekonverter und Batterie
200: Ladestationskupplung
202, 2: Arretierungsmechanismus der Ladestationskupplung/des Fahrzeugkupplungsstücks
240, 242: Zulauf-/Ablaufanschluss der Ladestationskupplung
270: starkstromfähige Kontakte der Ladestationskupplung
290: Signalschnittstelle der Ladestationskupplung
300: Ladestation
310: elektrische Zuleitung
340: fluidübertragene Zuleitung
342: fluidübertragene Ableitung
350: gemeinsame Hülle für elektrische Zuleitung, fluidübertragene Zuleitung und fluidübertragene Ableitung
400: Gehäuse der Ladestation
450: Kühleinrichtung
454: Wärmetauscher
456: Pumpe
462: Ladestromgenerator
490: Steuerungsmodul
500: alternativer Ablauf

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

WO 2011/088968 A2 [0003]

Claims

Fahrzeugkupplungsstück (30) eingerichtet zur Befestigung an einer Außenhülle (20) eines Kraftfahrzeugs, dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrzeugkupplungsstück (30) einen fluidübertragenden Zulaufanschluss (40) und einen fluidübertragenden Ablaufanschluss (42) aufweist, wobei der Zulaufanschluss und der Ablaufanschluss eingerichtet sind, an ein Kühlkanalsystem (50) einer Batterie (60) des Kraftfahrzeugs angeschlossen zu werden.
Fahrzeugkupplungsstück (30) nach Anspruch 1, das ferner elektrische starkstromfähige Kontakte (70) aufweist und insbesondere mit einer elektrischen, optischen oder funkübertragenden Signalschnittstelle (90) und/oder mit einem Temperatursensor (80) ausgestattet ist, der wärmeübertragend mit dem Ablaufanschluss verbunden ist.
Fahrzeugkupplungsanordnung (30, 44, 100) mit einem Fahrzeugkupplungsstück (30) eingerichtet zur Befestigung an einer Außenhülle (20) eines Kraftfahrzeugs, dadurch gekennzeichnet, dass die Fahrzeugkupplungsanordnung ferner mindestens eine fluidübertragende Leitung (44, 46) umfasst, die das Fahrzeugkupplungsstück (30) mit einem Kühlkreisanschlusselement (100) verbindet, wobei das Kühlkreisanschlusselement (100) eingerichtet ist, an ein Kühlkanalsystem (50) einer Batterie (60) des Kraftfahrzeugs angeschlossen zu werden.
Fahrzeugkupplungsanordnung (30, 44, 100) nach Anspruch 3, wobei das Fahrzeugkupplungsstück einen fluidübertragenden Zulaufanschluss (40) und/oder einen Ablaufanschluss (42) aufweist, und der Zulaufanschluss und/oder der Ablaufanschluss über die mindestens eine fluidübertragende Leitung (44, 46) mit dem Kühlkreisanschlusselement verbunden sind.
Batterieeinrichtung (30, 44, 100, 50), die als Start- oder Traktionsbatterie eines Hybrid- oder Elektrokraftfahrzeugs ausgestaltet ist, wobei die Batterie ein Kühlkanalsystem aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Batterie ferner ein an das Kühlkanalsystem angeschlossenes Kühlkreisanschlusselement, mindestens eine fluidübertragende Leitung, und ein Fahrzeugkupplungsstück eingerichtet zur Befestigung an einer Außenhülle des Kraftfahrzeugs umfasst, wobei das Fahrzeugkupplungsstück über die fluidübertragende Leitung mit dem Kühlkreisanschlusselement verbunden ist.
Batterieeinrichtung nach Anspruch 5, wobei die mindestens eine fluidübertragende Leitung eine Zuleitung (44) umfasst, und das Fahrzeugkupplungsstück einen fluidübertragenden Zulaufanschluss (40) aufweist, der über die Zuleitung (44) mit einem Eingang (60a) des Kühlkanalsystems (50) verbunden ist.
Ladestationskupplung (200) eingerichtet zur lösbaren Verbindung mit einem Fahrzeugkupplungsstück (30) an einer Außenhülle (20), dadurch gekennzeichnet, dass die Ladestationskupplung (200) einen fluidübertragenden Zulaufanschluss (240) und einen fluidübertragenden Ablaufanschluss (242) aufweist, wobei der Zulaufanschluss und der Ablaufanschluss eingerichtet sind, fluiddicht mit Zulauf- und Ablaufanschlüssen (40, 42) des Fahrzeugkupplungsstücks (30) lösbar verbunden zu werden.
Ladestationskupplung (200) nach Anspruch 7, die ferner starkstromfähige Kontakte (270) aufweist, die eingerichtet sind, mit starkstromfähigen Kontakten (70) des Fahrzeugkupplungsstücks (30) lösbar elektrisch verbunden zu werden.
Ladestation (300) zur Aufladung eines Hybrid- oder Elektrokraftfahrzeugs, wobei die Ladestation eine elektrische Zuleitung (310) und daran angeschlossene starkstromfähige Kontakte (270) aufweist, die eingerichtet sind, mit einem Fahrzeugkupplungsstück (30) des Kraftfahrzeugs lösbar elektrisch verbunden zu werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Ladestation (300) ferner eine fluidübertragende Zuleitung (340) aufweist, die einen daran angeschlossenen fluidübertragenden Zulaufanschluss (240) umfasst, der eingerichtet ist, fluiddicht mit einem fluidübertragenden Zulaufanschluss (40), der sich an dem Kraftfahrzeugs befindet, lösbar verbunden zu werden.
Verfahren zum Laden einer Start- oder Traktionsbatterie eines Hybrid- oder Elektrokraftfahrzeugs, wobei elektrische Energie von einer Ladestation (300) über eine lösbare elektrische Verbindung an das Hybrid- oder Elektrokraftfahrzeug übertragen wird, dadurch gekennzeichnet, dass während dem Übertragen der elektrischen Energie der Batterie (60) ein Wärmemedium von der Ladestation zugeführt wird über eine lösbare fluiddichte Verbindung (40, 240).