DE102015013296A1 - Charging device for an electrical energy store - Google Patents

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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.A charging device (L) for an electrical energy store (3) of a vehicle (1) comprises a plug connection (S) for coupling the energy store (3) to a charging unit (2) for feeding electrical energy into the energy store (3). According to the invention, a temperature control device (T) is provided with at least one temperature control medium, the temperature control device (T) being coupled to the plug connection (S) so that a temperature control circuit (4) of the energy store (3) is connected to a further temperature control circuit (12) of the charge unit ( 2) can be coupled.

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.The invention relates to a charging device for an electrical energy storage device of a vehicle, which comprises a plug connection for coupling the energy store with a charging unit for supplying electrical energy into the energy store.

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.In general, electric vehicles, hybrid vehicles and hybrid vehicles are known with a so-called range extender. Such vehicles increasingly have the possibility for rapid charging of an electrochemical energy store, wherein the vehicle is at a standstill while fast-charging. From the comparatively fast transmission of high electrical power result due to charge losses relatively high waste heat outputs, which increases a temperature in the energy storage. In order to reduce the risk of damage to the energy storage and a temperature-related aging thereof at least, the energy storage is tempered, in particular cooled. The relatively high waste heat output is converted into a tempering circuit of the energy store and delivered by means of a tempering to the environment of the vehicle. To dissipate the waste heat output, a fan device of the temperature control device is activated, for example.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gegenüber dem Stand der Technik verbesserte Ladevorrichtung für einen elektrischen Energiespeicher eines Fahrzeuges anzugeben.The invention has for its object to provide a comparison with the prior art improved charging device for an electrical energy storage of a vehicle.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die in Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst.The object is achieved by the features specified in claim 1.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.Advantageous embodiments of the invention are the subject of the dependent claims.

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.A charging device for an electrical energy store of a vehicle comprises a plug connection for coupling the energy store with a charging unit for feeding electrical energy into the energy store. According to the invention, a temperature control device is provided with at least one temperature control medium, wherein the temperature control device is coupled to the plug connection, so that a temperature control circuit of the energy store can be coupled to a further temperature control circuit of the charge unit.

Mittels der Temperiervorrichtung ist eine beim Laden des elektrischen Energiespeichers entstehende Abwärme gezielt abführbar.By means of the temperature control device, a waste heat arising during charging of the electrical energy store can be purposely discharged.

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.Characterized in that it is not necessary to activate a separate fan unit for temperature control, in particular for cooling, the energy storage, a noise during charging is at least reduced.

Darüber hinaus kann durch Nichtaktivierung einer Lüftereinheit ein Verbrauch elektrischer Energie, insbesondere beim Ladevorgang, eingespart werden.In addition, by not activating a fan unit consumption of electrical energy, especially during charging, can be saved.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand einer Zeichnung näher erläutert.Embodiments of the invention will be explained in more detail below with reference to a drawing.

Dabei zeigt die:It shows:

1 schematisch ein Fahrzeug mit einem Kühlkreislauf, welcher mit einem Kühlkreislauf einer Ladeeinheit zum Laden eines elektrischen Energiespeichers des Fahrzeuges gekoppelt ist. 1 schematically a vehicle with a cooling circuit, which is coupled to a cooling circuit of a charging unit for charging an electrical energy storage of the vehicle.

In der einzigen Figur ist ein Fahrzeug 1 und eine Ladeeinheit 2 zum Laden eines elektrischen Energiespeichers 3 mit elektrischer Energie dargestellt.In the only figure is a vehicle 1 and a loading unit 2 for charging an electrical energy store 3 represented with electrical energy.

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.The vehicle 1 is an electric vehicle, a hybrid vehicle or a hybrid vehicle with a so-called range extender, wherein the vehicle 1 one with the electrical energy storage 3 connected, not shown electric drive unit comprises.

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.A charging device L for the electrical energy storage 3 includes a connector S for coupling the energy storage 3 with the loading unit 2 in which it is an external charging station, for example in a parking garage.

Die Steckverbindung S ist mittels eines mit dem Energiespeicher 3 verbundenen Ladesteckers, welcher in eine an der Ladeeinheit 2 angeordneten Ladebuchse einsteckbar ist, gebildet.The connector S is by means of one with the energy storage 3 connected charging plug, which in one of the charging unit 2 arranged charging socket is inserted, formed.

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.In a fast charging process, the so-called DC charging of the energy storage 3 , Due to a transmitted comparatively high electrical power associated with charging losses, a relatively high waste heat in the energy storage 3 , If this waste heat is not dissipated deliberately, an aging process of the energy storage 3 accelerated, the risk of damaging the energy storage 3 consists.

Zur Abführung der Abwärme, d. h. zur Temperierung des Energiespeichers 3, weist das Fahrzeug 1 einen Temperierkreislauf 4 auf, welcher den Energiespeicher 3 durchströmt.To dissipate the waste heat, ie for temperature control of the energy storage 3 , points the vehicle 1 a temperature control circuit 4 on which the energy storage 3 flows through.

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.The temperature control circuit 4 is traversed by a tempering, which by means of a pumping device 5 is eligible. In addition, the includes temperature control 4 a heat exchanger 6 , a chiller 7 and a cooling device 8th with a fan unit 9 , Here is the chiller 7 by opening a valve 10 and the cooling device 8th with the fan unit 9 by opening another valve 11 in the temperature control circuit 4 switchable.

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.To the energy storage 3 to temper efficiently in a rapid charging process, in particular to cool, without the chiller 7 and the cooling device 8th with the fan unit 9 are switched on, so that consumption of electrical energy during rapid charging can be reduced, is provided, the temperature control 4 of the energy store 3 with another temperature control circuit 12 the loading unit 2 to pair. By coupling the two temperature control circuits 4 . 12 is formed a tempering T.

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.The further temperature control circuit 12 has a further heat exchanger 13 and another pumping device 14 for promoting a in the further temperature control 12 flowing tempering.

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.The further temperature control circuit 12 is over the heat exchanger 6 with the temperature control circuit 4 of the energy store 3 coupled, wherein a generated during the rapid charging waste heat by means of the tempering of the charging unit 2 removed and the other heat exchanger 13 fed and discharged via this into the environment.

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.In one possible embodiment it is provided that the over the further heat exchanger 13 Abführbare waste heat a temperature control, not shown, for example, a building, eg. B. an area of a rest area, a parking garage, the charging unit 2 and / or a gas station can be fed.

Wie oben beschrieben, ist die Steckverbindung S mittels des mit dem Energiespeicher 3 verbundenen Ladesteckers und der an der Ladeeinheit 2 angeordneten Ladebuchse gebildet.As described above, the connector S by means of the energy storage 3 connected charging plug and the at the charging unit 2 arranged charging socket formed.

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.For coupling the two temperature control circuits 4 . 12 the charging plug is plugged into the charging socket, with a flow and a return of the tempering of the charging unit 2 spatially separated into the charging plug and the charging socket are integrated.

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.As a result, only a plug-in operation for both the electrical and the thermal coupling of the energy storage 3 with the loading unit 2 required. Particularly advantageous is the connector S for electrical and thermal coupling implement when the connector S automated, for example by means of a robot can be produced.

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.Alternatively, the electrical coupling by means of a connector S and the thermal coupling can be done by means of another connector, so that two plug-in operations are required.

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.By means of the coupling of the two temperature control circuits 4 . 12 and in that a part of the waste heat from accumulating product water, provided the vehicle 1 operated fuel cell operated, is recorded, reduces a waste heat, which via the temperature control circuit 4 is deductible. This reduces the performance of the fan unit 9 wherein an operation of the fan unit 9 due to the tempering T is not required.

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.Because the performance of the fan unit 9 is reduced or the operation of the fan unit 9 during fast charging of the energy storage 3 is not required, is a noise due to the operation of the fan unit 9 reduced. In addition, by reducing the power or by the non-operation of the fan unit 9 the consumption of electrical energy decreases. In particular, a comparatively high amount of electrical energy, in particular when not operating the fan unit 9 to be saved.

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.Furthermore, it is provided that the temperature control device T not only for cooling the energy storage 3 , but also for heating the same is used. In particular, the energy storage 3 warmed up before the quick charge when the energy storage 3 cooled due to low ambient temperatures. Heating is required because the energy storage 3 falls below a predetermined temperature value because of the risk of damage can not be loaded.

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.Usually, the energy storage 3 heated electrically in such a case, this process is energetically less efficient. Through the further cooling circuit 12 the loading unit 2 In this case, a tempering medium, for example water, can flow at elevated temperature.

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.The energy storage 3 can be heated by means of the heated tempering and cooled in the subsequent rapid charging process with this temperature control medium. For this purpose, a communication interface between a battery management system and the other temperature control 12 the loading unit 2 required. A detected temperature of the energy store 3 becomes the further temperature control circuit 12 supplied, so that it can be determined whether it is necessary, the energy storage 3 to cool or to heat by means of the tempering device T. In addition, to the charging unit 2 be transmitted, which temperature should have the temperature control, wherein in the further Temperierkreislauf 12 a temperature control unit, for example a mixing device, for tempering the temperature control medium is integrated.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Fahrzeugvehicle
22
Ladeeinheitcharging unit
33
Energiespeicherenergy storage
44
Temperierkreislauftemperature control
55
Pumpvorrichtungpumping device
66
Wärmetauscherheat exchangers
77
Kältemaschinerefrigeration machine
88th
Kühlvorrichtungcooler
99
Lüftereinheitfan unit
1010
VentilValve
1111
weiteres Ventilanother valve
1212
weiterer Temperierkreislauffurther temperature control circuit
1313
weiterer Wärmetauscheranother heat exchanger
1414
weitere Pumpvorrichtungfurther pumping device
LL
Ladevorrichtungloader
SS
Steckverbindungconnector
TT
Temperiervorrichtungtempering

Claims (3)

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.Charging device (L) for an electrical energy store ( 3 ) of a vehicle ( 1 ), comprising a plug connection (S) for coupling the energy store ( 3 ) with a charging unit ( 2 ) for supplying electrical energy into the energy store ( 3 ), characterized by a temperature control device (T) with at least one tempering medium, wherein the tempering device (T) is coupled to the plug connection, so that a temperature control circuit ( 4 ) of the energy store ( 3 ) with a further temperature control circuit ( 12 ) of the loading unit ( 2 ) can be coupled. 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.Loading device (L) according to claim 1, characterized in that during rapid charging of the energy store ( 3 ) resulting waste heat the other temperature control ( 12 ) of the loading unit ( 2 ) and can be discharged via this to an environment. 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.Charging device (L) according to claim 2, characterized in that the further temperature control circuit ( 12 ) of the loading unit ( 2 ) can be coupled with a tempering circuit of a building or a device to which or which the dissipated heat can be supplied.
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