DE102015013296A1

DE102015013296A1 - Ladevorrichtung für einen elektrischen Energiespeicher

Info

Publication number: DE102015013296A1
Application number: DE102015013296.2A
Authority: DE
Inventors: Michael Bader; Matthias Maisch; Ralf Nüßle; Volker Schempp
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2015-10-13
Filing date: 2015-10-13
Publication date: 2016-05-25

Abstract

Eine Ladevorrichtung (L) für einen elektrischen Energiespeicher (3) eines Fahrzeuges (1), umfasst eine Steckverbindung (S) zur Kopplung des Energiespeichers (3) mit einer Ladeeinheit (2) zur Zuführung elektrischer Energie in den Energiespeicher (3). Erfindungsgemäß ist eine Temperiervorrichtung (T) mit zumindest einem Temperiermedium vorgesehen, wobei die Temperiervorrichtung (T) mit der Steckverbindung (S) gekoppelt ist, so dass ein Temperierkreislauf (4) des Energiespeichers (3) mit einem weiteren Temperierkreislauf (12) der Ladeeinheit (2) koppelbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Ladevorrichtung für einen elektrischen Energiespeicher eines Fahrzeuges, welche eine Steckverbindung zur Kopplung des Energiespeichers mit einer Ladeeinheit zur Zuführung elektrischer Energie in den Energiespeicher umfasst.
Im Allgemeinen sind Elektrofahrzeuge, Hybridfahrzeuge und Hybridfahrzeuge mit einem sogenannten Range Extender bekannt. Derartige Fahrzeuge verfügen zunehmend über die Möglichkeit zum Schnellladen eines elektrochemischen Energiespeichers, wobei sich das Fahrzeug beim Schnellladen im Stillstand befindet. Aus der vergleichsweise schnellen Übertragung hoher elektrischer Leistung resultieren aufgrund von Ladungsverlusten relativ hohe Abwärmeleistungen, wobei sich eine Temperatur in dem Energiespeicher erhöht. Um das Risiko von Schädigungen des Energiespeichers sowie eine temperaturbedingte Alterung desselben zumindest zu verringern, wird der Energiespeicher temperiert, insbesondere gekühlt. Die relativ hohe Abwärmeleistung wird in einen Temperierkreislauf des Energiespeichers überführt und mittels einer Temperiervorrichtung an die Umgebung des Fahrzeuges abgegeben. Zum Abführen der Abwärmeleistung wird beispielsweise eine Lüftervorrichtung der Temperiervorrichtung aktiviert.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gegenüber dem Stand der Technik verbesserte Ladevorrichtung für einen elektrischen Energiespeicher eines Fahrzeuges anzugeben.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die in Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Eine Ladevorrichtung für einen elektrischen Energiespeicher eines Fahrzeuges umfasst eine Steckverbindung zur Kopplung des Energiespeichers mit einer Ladeeinheit zur Zuführung elektrischer Energie in den Energiespeicher. Erfindungsgemäß ist eine Temperiervorrichtung mit zumindest einem Temperiermedium vorgesehen, wobei die Temperiervorrichtung mit der Steckverbindung gekoppelt ist, so dass ein Temperierkreislauf des Energiespeichers mit einem weiteren Temperierkreislauf der Ladeeinheit koppelbar ist.
Mittels der Temperiervorrichtung ist eine beim Laden des elektrischen Energiespeichers entstehende Abwärme gezielt abführbar.
Dadurch, dass es nicht erforderlich ist, eine gesonderte Lüftereinheit zur Temperierung, insbesondere zur Kühlung, des Energiespeichers zu aktivieren, ist eine Geräuschentwicklung beim Ladevorgang zumindest verringert.
Darüber hinaus kann durch Nichtaktivierung einer Lüftereinheit ein Verbrauch elektrischer Energie, insbesondere beim Ladevorgang, eingespart werden.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand einer Zeichnung näher erläutert.
Dabei zeigt die:
1 schematisch ein Fahrzeug mit einem Kühlkreislauf, welcher mit einem Kühlkreislauf einer Ladeeinheit zum Laden eines elektrischen Energiespeichers des Fahrzeuges gekoppelt ist.
In der einzigen Figur ist ein Fahrzeug 1 und eine Ladeeinheit 2 zum Laden eines elektrischen Energiespeichers 3 mit elektrischer Energie dargestellt.
Das Fahrzeug 1 ist ein Elektrofahrzeug, ein Hybridfahrzeug oder ein Hybridfahrzeug mit einem sogenannten Range Extender, wobei das Fahrzeug 1 eine mit dem elektrischen Energiespeicher 3 verbundene, nicht näher dargestellte elektrische Antriebseinheit umfasst.
Eine Ladevorrichtung L für den elektrischen Energiespeicher 3 umfasst eine Steckverbindung S zur Kopplung des Energiespeichers 3 mit der Ladeeinheit 2, bei welcher es sich um eine externe Ladestation, beispielsweise in einem Parkhaus, handelt.
Die Steckverbindung S ist mittels eines mit dem Energiespeicher 3 verbundenen Ladesteckers, welcher in eine an der Ladeeinheit 2 angeordneten Ladebuchse einsteckbar ist, gebildet.
Bei einem Schnellladevorgang, dem sogenannten DC-Laden des Energiespeichers 3, entsteht aufgrund einer übertragenen vergleichsweise hohen elektrischen Leistung verbunden mit Ladeverlusten eine verhältnismäßig hohe Abwärme in dem Energiespeicher 3. Wird diese Abwärme nicht gezielt abgeführt, wird ein Alterungsprozess des Energiespeichers 3 beschleunigt, wobei das Risiko einer Beschädigung des Energiespeichers 3 besteht.
Zur Abführung der Abwärme, d. h. zur Temperierung des Energiespeichers 3, weist das Fahrzeug 1 einen Temperierkreislauf 4 auf, welcher den Energiespeicher 3 durchströmt.
Der Temperierkreislauf 4 ist von einem Temperiermedium durchströmt, welches mittels einer Pumpvorrichtung 5 förderbar ist. Zudem umfasst der Temperierkreislauf 4 einen Wärmetauscher 6, eine Kältemaschine 7 und eine Kühlvorrichtung 8 mit einer Lüftereinheit 9. Dabei ist die Kältemaschine 7 mittels öffnen eines Ventils 10 und die Kühlvorrichtung 8 mit der Lüftereinheit 9 mittels öffnen eines weiteren Ventils 11 in dem Temperierkreislauf 4 zuschaltbar.
Um den Energiespeicher 3 bei einem Schnellladevorgang effizient zu temperieren, insbesondere zu kühlen, ohne dass die Kältemaschine 7 und die Kühlvorrichtung 8 mit der Lüftereinheit 9 zugeschaltet sind, so dass ein Verbrauch elektrischer Energie beim Schnellladevorgang verringert werden kann, ist vorgesehen, den Temperierkreislauf 4 des Energiespeichers 3 mit einem weiteren Temperierkreislauf 12 der Ladeeinheit 2 zu koppeln. Durch die Kopplung der beiden Temperierkreisläufe 4, 12 ist eine Temperiervorrichtung T gebildet.
Der weitere Temperierkreislauf 12 weist einen weiteren Wärmetauscher 13 und eine weitere Pumpvorrichtung 14 zur Förderung eines in dem weiteren Temperierkreislauf 12 strömenden Temperiermediums auf.
Der weitere Temperierkreislauf 12 ist über den Wärmetauscher 6 mit dem Temperierkreislauf 4 des Energiespeichers 3 gekoppelt, wobei eine beim Schnellladevorgang entstehende Abwärme mittels des Temperiermediums der Ladeeinheit 2 abgeführt und dem weiteren Wärmetauscher 13 zugeführt und über diesen in die Umgebung abgeführt wird.
In einer möglichen Ausführungsform ist vorgesehen, dass die über den weiteren Wärmetauscher 13 abführbare Abwärme einem nicht dargestellten Temperierkreislauf, beispielsweise eines Gebäudes, z. B. einem Bereich einer Raststätte, eines Parkhauses, der Ladeeinheit 2 und/oder einer Tankstelle zuführbar ist.
Wie oben beschrieben, ist die Steckverbindung S mittels des mit dem Energiespeicher 3 verbundenen Ladesteckers und der an der Ladeeinheit 2 angeordneten Ladebuchse gebildet.
Zur Kopplung der beiden Temperierkreisläufe 4, 12 ist der Ladestecker in die Ladebuchse eingesteckt, wobei ein Vorlauf und ein Rücklauf des Temperiermediums der Ladeeinheit 2 räumlich getrennt in den Ladestecker und die Ladebuchse integriert sind.
Dadurch ist nur ein Steckvorgang sowohl zur elektrischen als auch zur thermischen Kopplung des Energiespeichers 3 mit der Ladeeinheit 2 erforderlich. Besonders vorteilhaft lässt sich die Steckverbindung S zur elektrischen und thermischen Kopplung umsetzen, wenn die Steckverbindung S automatisiert, beispielsweise mittels eines Roboters, herstellbar ist.
Alternativ dazu können die elektrische Kopplung mittels der einen Steckverbindung S und die thermische Kopplung mittels einer weiteren Steckverbindung erfolgen, so dass zwei Steckvorgänge erforderlich sind.
Mittels der Kopplung der beiden Temperierkreisläufe 4, 12 und dadurch, dass ein Teil der Abwärme von anfallendem Produktwasser, sofern das Fahrzeug 1 brennstoffzellenbetrieben betrieben ist, aufgenommen wird, reduziert sich eine Abwärmeleistung, welche über den Temperierkreislauf 4 abführbar ist. Dadurch verringert sich eine Leistung der Lüftereinheit 9, wobei ein Betrieb der Lüftereinheit 9 aufgrund der Temperiervorrichtung T nicht erforderlich ist.
Da die Leistung der Lüftereinheit 9 verringert ist oder der Betrieb der Lüftereinheit 9 beim Schnellladevorgang des Energiespeichers 3 nicht erforderlich ist, ist eine Geräuschentwicklung durch den Betrieb der Lüftereinheit 9 verringert. Zudem ist durch die Verringerung der Leistung oder durch den Nichtbetrieb der Lüftereinheit 9 der Verbrauch elektrischer Energie verringert. Insbesondere kann ein vergleichsweise hoher Betrag elektrischer Energie, insbesondere bei Nichtbetrieb der Lüftereinheit 9, eingespart werden.
Des Weiteren ist vorgesehen, dass die Temperiervorrichtung T nicht nur zum Kühlen des Energiespeichers 3, sondern auch zum Erwärmen desselben einsetzbar ist. Insbesondere wird der Energiespeicher 3 vor dem Schnellladevorgang erwärmt, wenn der Energiespeicher 3 aufgrund niedriger Umgebungstemperaturen abgekühlt ist. Das Erwärmen ist erforderlich, da der Energiespeicher 3 bei Unterschreiten eines vorgegebenen Temperaturwertes wegen des Risikos von Beschädigungen nicht geladen werden kann.
Üblicherweise wird der Energiespeicher 3 in einem solchen Fall elektrisch erwärmt, wobei dieser Vorgang energetisch wenig effizient ist. Durch den weiteren Kühlkreislauf 12 der Ladeeinheit 2 kann in diesem Fall auch ein Temperiermedium, beispielsweise Wasser, mit erhöhter Temperatur strömen.
Der Energiespeicher 3 kann mittels des erwärmten Temperiermediums erwärmt und beim anschließenden Schnellladevorgang mit diesem Temperiermedium gekühlt werden. Hierzu ist eine Kommunikationsschnittstelle zwischen einem Batteriemanagementsystem und dem weiteren Temperierkreislauf 12 der Ladeeinheit 2 erforderlich. Eine erfasste Temperatur des Energiespeichers 3 wird dem weiteren Temperierkreislauf 12 zugeführt, so dass ermittelbar ist, ob es erforderlich ist, den Energiespeicher 3 mittels der Temperiervorrichtung T zu kühlen oder zu erwärmen. Zudem kann an die Ladeeinheit 2 übermittelt werden, welche Temperatur das Temperiermedium aufweisen sollte, wobei dazu in den weiteren Temperierkreislauf 12 eine Temperiereinheit, beispielsweise eine Mischeinrichtung, zum Temperieren des Temperiermediums integriert ist.
Bezugszeichenliste

1: Fahrzeug
2: Ladeeinheit
3: Energiespeicher
4: Temperierkreislauf
5: Pumpvorrichtung
6: Wärmetauscher
7: Kältemaschine
8: Kühlvorrichtung
9: Lüftereinheit
10: Ventil
11: weiteres Ventil
12: weiterer Temperierkreislauf
13: weiterer Wärmetauscher
14: weitere Pumpvorrichtung
L: Ladevorrichtung
S: Steckverbindung
T: Temperiervorrichtung

Claims

Ladevorrichtung (L) für einen elektrischen Energiespeicher (3) eines Fahrzeuges (1), umfassend eine Steckverbindung (S) zur Kopplung des Energiespeichers (3) mit einer Ladeeinheit (2) zur Zuführung elektrischer Energie in den Energiespeicher (3), gekennzeichnet durch eine Temperiervorrichtung (T) mit zumindest einem Temperiermedium, wobei die Temperiervorrichtung (T) mit der Steckverbindung gekoppelt ist, so dass ein Temperierkreislauf (4) des Energiespeichers (3) mit einem weiteren Temperierkreislauf (12) der Ladeeinheit (2) koppelbar ist.
Ladevorrichtung (L) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine beim Schnellladen des Energiespeichers (3) entstehende Abwärme dem weiteren Temperierkreislauf (12) der Ladeeinheit (2) zuführbar und über diesen an eine Umgebung abführbar ist.
Ladevorrichtung (L) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der weitere Temperierkreislauf (12) der Ladeeinheit (2) mit einem Temperierkreislauf eines Gebäudes oder einer Vorrichtung koppelbar ist, welchem bzw. welcher die abgeführte Wärme zuführbar ist.