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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Ladestecker zur Kopplung mit einer korrespondierenden Verbindungsvorrichtung und zur Übertragung elektrischer Energie. Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung eine Ladestation zur Abgabe elektrischer Energie an einen Empfänger elektrischer Energie.
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Aus dem Stand der Technik sind Ladestecker für elektrisch antreibbare Fahrzeuge bekannt, die zur Verbindung mit einer korrespondierenden als Buchse ausgebildeten Verbindungsvorrichtung ausgebildet sind. Diesbezüglich wird auf den in der
DE 10 2012 105 774 B3 offenbarten Ladestecker verwiesen. In dem Ladestecker sind Leistungskontakte angeordnet, die jeweils einen ersten Anschlussbereich und einen zweiten Anschlussbereich aufweisen. Der erste Anschlussbereich ist als Kontaktbuchse ausgebildet und zur galvanischen Verbindung mit einem Kontaktstift geeignet, wobei der Kontaktstift mit einem elektrischen Energieempfänger, beispielsweise einem Akkumulator eines Fahrzeuges galvanisch verbundenen ist. Der zweite Anschlussbereich des Leistungskontakts ist zur galvanischen Verbindung mit einer elektrischen Energiequelle, beispielsweise eine Ladestation oder im Allgemeinen mit einem elektrischen Versorgungsnetz ausgebildet. Zu diesem Zweck ist jeder zweite Anschlussbereich eines jeden Leistungskontaktes fest mit jeweils einem Ladekabel verbunden.
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US 2015/0 217 654 A1 offenbart ein Ladesystem für ein Elektrofahrzeug umfassend eine Stromversorgung; ein Kabel mit einem ersten und einem zweiten Ende, wobei das erste Ende an der Stromversorgung angebracht ist, wobei das Kabel einen Ladeleiter und eine Kühlleitung umfasst, von denen sich jedes vom ersten Ende zum zweiten Ende erstreckt; und einen Verbinder, der an dem zweiten Ende des Kabels angebracht ist, wobei der Verbinder einen Formfaktor aufweist, der einem Ladeanschluss des Elektrofahrzeugs entspricht; wobei die Kühlleitung angepasst ist, um ein Fluid zu fördern, das den Ladeleiter kühlt.
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Aufgrund eines durch die Ladekabel fließenden Ladestroms heizen sich die Ladekabel auf. Damit höhere Ladeströme mittels der Ladekabel übertragbar sind, können Ladekabel mit vergrößerten Leitungsquerschnitten verwendet werden. Eine Vergrößerung der Leitungsquerschnitte der Ladekabel führt jedoch dazu, dass sich das Gewicht der Ladekabel erhöht und somit die Handhabbarkeit des Ladekabels und des mit den Ladekabeln gekoppelten Ladesteckers verschlechtert.
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Ferner heizt sich aufgrund eines durch den Leistungskontakt fließenden Ladestroms der als Leistungssteckkontakt ausgebildete Leistungskontakt unweigerlich aufgrund von ohmschen Stromwärmeverlusten auf. Das Aufheizen des Leistungskontakts ist jedoch auf eine Grenztemperaturerhöhung limitiert. So ist beispielsweise gemäß der Norm IEC 62196-3 die Grenztemperaturerhöhung auf 50K limitiert. Dies wiederum führt bei größtenteils genormten Steckverbindergeometrien zu einem maximalen Ladestrom von bis zu 200 A Dauerlast.
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Bei einer intermittierenden Aufladung eines Akkumulators sind hingegen höhere Ladeströme von 350 A und mehr über begrenzte Zeiträume notwendig, um den Akkumulator in einer gewünscht kurzen Zeit aufzuladen. Dies wiederum führt zu einer temporären Erhitzung der Leistungskontakte, die über der Grenztemperaturerhöhung liegt. Der Leitungsquerschnitt des Leistungskontakts lässt sich nicht beliebig vergrößern, da die Steckverbindergeometrien genormt sind und darüber hinaus für die Leistungskontakte eine möglichst geringe Menge an leitfähigem Material, üblicherweise Kupfer, verwendet werden soll.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Ladestecker bereitzustellen, mittels dem erhöhte Ladeströme bei einer begrenzten Aufheizung ermöglicht sind - der Ladestecker folglich eine erhöhte Stromtragfähigkeit aufweist.
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Diese Aufgabe wird durch einen Ladestecker mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den von Anspruch 1 abhängigen Ansprüchen beschrieben.
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Ferner liegt der vorliegenden Erfindung auch die Aufgabe zugrunde, eine Ladestation zur Abgabe elektrischer Energie an einen Empfänger elektrischer Energie bereitzustellen, mittels der erhöhte Spitzenladeströme übertragbar sind.
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Diese Aufgabe wird durch eine Ladestation mit den Merkmalen des Anspruchs 8 gelöst.
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Im Genaueren wird die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Aufgabe durch einen Ladestecker zur Kopplung mit einer korrespondierenden Verbindungsvorrichtung und zur Übertragung elektrischer Energie gelöst, wobei der Ladestecker zumindest einen in einem Ladesteckergehäuse angeordneten Leistungskontakt aufweist, der einen über eine Kontaktseite des Ladesteckergehäuses zugänglichen ersten Anschlussbereich zur galvanischen Verbindung mit einem elektrischen Energieempfänger und einen mit einem Ladekabel galvanisch verbundenen zweiten Anschlussbereich aufweist. Ferner weist der Ladestecker zumindest eine Ladekabelkühleinrichtung auf, die mit einer Kühlfluidleitung fluidverbunden ist. Der erfindungsgemäße Ladestecker ist dadurch gekennzeichnet, dass der Ladestecker eine Bypass-Vorlaufleitung und eine mit dieser fluidverbundenen Bypass-Rücklaufleitung aufweist, wobei die Bypass-Vorlaufleitung und die Bypass-Rücklaufleitung zusätzlich jeweils mit der Kühlfluidleitung fluidverbunden sind, so dass ein Kühlfluidstrom von der Kühlfluidleitung über die Bypass-Vorlaufleitung in die Bypass-Rücklaufleitung zurück in die Kühlfluidleitung ermöglicht ist.
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Selbstverständlich kann der Ladestecker auch zwei oder mehr in dem Ladesteckergehäuse angeordnete Leistungskontakte aufweisen, die jeweils einen über die Kontaktseite des Ladesteckergehäuses zugänglichen ersten Anschlussbereich zur galvanischen Verbindung mit einem elektrischen Energieempfänger und einen mit einem Ladekabel galvanisch verbundenen zweiten Anschlussbereich aufweisen. Folglich würde dann der Ladestecker zwei Ladekabel aufweisen, die jeweils mit einem Leistungskontakt galvanisch verbunden sind. Jedes Ladekabel ist dann mittels der Ladekabelkühleinrichtung kühlbar. Die Kühleinrichtung ist mit einer Kühlfluidvorlaufleitung und einer Kühlfluidrücklaufkühlleitung fluidverbunden. Die Kühlfluidvorlaufleitung und die Kühlfluidrücklaufkühlleitung sind folglich Bestandteile der Kühlfluidleitung.
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Durch die Fluidverbindung der Bypass-Vorlaufleitung und der Bypass-Rücklaufleitung mit der Kühlfluidleitung können der erfindungsgemäße Ladestecker und ein Versorgungskabel, mittels dem der Ladestecker mit einer Ladestation gekoppelt ist, wesentlich kompakter ausgebildet sein. Denn in dem Versorgungskabel müssen lediglich die Ladekabel und eine Kühlfluidvorlaufleitung und eine Kühlfluidrücklaufkühlleitung, die Teil der Kühlfluidleitung sind, vorgesehen sein. Die für die Kühlung von weiteren Komponenten des Ladesteckers notwendigen weiteren Kühlleitungen zweigen von der Kühlfluidleitung ab, so dass in dem Versorgungskabel weniger Leitungen unterzubringen sind. Trotz der kompakten Ausführung des Versorgungskabels und des Ladesteckers lassen sich sowohl die Ladekabel als auch weitere Komponenten des Ladesteckers wirkungsvoll kühlen, so dass mit dem erfindungsgemäßen Ladestecker erhöhte Ladeströme übertragbar sind.
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Mittels des erfindungsgemäßen Ladesteckers lassen sich sowohl die Ladekabel als auch weitere Komponenten des Ladesteckers, beispielsweise die Leistungskontakte, kühlen. Zur Kühlung der Ladekabel ist eine Kühlleistung von etwa 500 W notwendig. Zur Kühlung der Leistungskontakte ist hingegen lediglich eine Kühlleistung von etwa 20 W notwendig.
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Der erste Anschlussbereich des Leistungskontakts ist mit einem Steckkontakt galvanisch verbindbar. Vorzugsweise ist der erste Anschlussbereich als federnder Kontaktbereich ausgebildet, der mehrere teilzylinderförmige Kontaktfedern aufweist. Weiter vorzugsweise ist der erste Anschlussbereich als Kontaktbuchse mit einem Aufnahmeraum ausgebildet. Der erste Anschlussbereich des Leistungskontakts kann auch als frontseitiger Anschlussbereich bzw. frontseitiger Anschlussabschnitt oder auch als frontseitiger Funktionsbereich bezeichnet werden.
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Der zweite Anschlussbereich des Leistungskontakts ist zur galvanischen Verbindung mit einer elektrischen Energiequelle mit einem Ladekabel verbunden. Der zweite Anschlussbereich kann auch als rückseitiger Anschlussbereich bzw. als rückseitiger Anschlussabschnitt oder auch als rückseitiger Funktionsbereich bezeichnet werden. Der Empfänger elektrischer Energie kann beispielsweise ein Akkumulator sein. Insbesondere kann es sich bei dem Akkumulator um eine Fahrzeugbatterie eines elektrisch antreibbaren Fahrzeuges handeln.
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Der Leistungskontakt kann auch als Elektroanschlusskörper bezeichnet werden.
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Die Ladekabelkühleinrichtung ist zur Kühlung des Ladekabels / der Ladekabel ausgebildet. Beispielsweise kann das Ladekabel von einem Kühlfluid in der Kühlfluidleitung umspült sein.
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Mittels des erfindungsgemäßen Ladesteckers ist somit ein Kühlkreislauf beginnend in der Kühlfluidleitung, im Genaueren der Kühlfluidvorlaufleitung, über die Bypass-Vorlaufleitung, die Bypass-Rücklaufleitung zurück in die Kühlfluidleitung, im Genaueren die Kühlfluidrücklaufleitung, realisierbar.
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Als Kühlfluid kann jegliches Kühlfluid, sowohl flüssig als auch gasförmig, verwendet werden. Beispielsweise können als Kühlfluid Wasser und/oder Ketone, insbesondere fluorierte Ketone verwendet werden. Ferner kann als Kühlfluid auch Stickstoff verwendet werden. Es ist aber auch möglich, dass als Kühlfluid Druckluft verwendet wird, wobei unter Druckluft unter Druck gesetzte Atemluft zu verstehen ist.
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Der Ladestecker ist derart ausgebildet, dass dieser ein in die Kühlfluidleitung ein- und ausfahrbares Fluidstromstellglied aufweist, mittels dem eine freie Durchgangsöffnung der Kühlfluidleitung veränderbar ist, wobei das Fluidstromstellglied zwischen einem Bypass-Vorlaufanschluss, mittels dem die Bypass-Vorlaufleitung mit der Kühlfluidleitung fluidverbunden ist, und einem Bypass-Rücklaufanschluss, mittels dem die Bypass-Rücklaufleitung mit der Kühlfluidleitung fluidverbunden ist, angeordnet ist.
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Der entsprechend ausgebildete Ladestecker bietet den Vorteil, dass die Kühlleistung für die Ladekabel und für weitere Komponenten des Ladesteckers, die mittels des durch die Bypass-Vorlaufleitung und Bypass-Rücklaufleitung transportierten Kühlfluids gekühlt werden, einstellbar ist.
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Denn durch Verringern der freien Durchgangsöffnung der Kühlfluidleitung wird ein größerer Anteil des Gesamtkühlfluidstroms in die Bypass-Vorlaufleitung befördert. Aufgrund der Fluidverbindung der Bypass-Rücklaufleitung mit der Bypass-Vorlaufleitung mittels einer weiteren Kühleinrichtung, mittels der die weitere(n) Komponente(n) des Ladesteckers gekühlt werden, fließt der abgezweigte Kühlfluidstrom selbstverständlich auch durch die Bypass-Rücklaufleitung. Somit können die weiteren Komponenten des Ladesteckers stärker gekühlt werden. Die freie Durchgangsöffnung der Kühlfluidleitung wird durch Einfahren bzw. Hineinfahren, bzw. Eindrehen des Fluidstromstellglieds in die Kühlfluidleitung verringert.
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Durch Vergrößern der freien Durchgangsöffnung der Kühlfluidleitung wird ein kleinerer Teil des Gesamtkühlfluidstroms in die Bypass-Vorlaufleitung befördert, so dass die Ladekabel verbessert gekühlt werden können. Die freie Durchgangsöffnung der Kühlfluidleitung wird durch Ausfahren bzw. Herausfahren, bzw. Herausdrehen des Fluidstromstellglieds aus der Kühlfluidleitung vergrößert.
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Weiter vorzugsweise ist der Ladestecker derart ausgebildet, dass das Fluidstromstellglied zumindest ein Thermobimetall aufweist, das mit einem Kühlfluid in der Kühlfluidleitung und/oder in der Bypass-Vorlaufleitung in Kontakt bringbar ist, wobei das Thermobimetall derart mit dem Fluidstromstellglied gekoppelt ist, dass mit sinkender Temperatur des Thermobimetalls das Fluidstromstellglied die freie Durchgangsöffnung der Kühlfluidleitung verringert.
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Ein entsprechend ausgebildeter Ladestecker bietet den Vorteil, dass die Verteilung des Gesamtkühlfluidstroms zwischen der Kühlfluidleitung und der Bypassleitung, bestehend aus der Bypass-Vorlaufleitung und der Bypass-Rücklaufleitung, automatisch eingestellt wird. Eine sinkende Temperatur des Thermobimetalls wird durch eine sinkende Temperatur des Kühlfluids in der Kühlfluidleitung und/oder in der Bypass-Vorlaufleitung und somit durch eine sinkende Temperatur der Ladeleitungen bewirkt. Wenn sich folglich die Temperatur der Ladeleitungen verringert, kann mehr Kühlleistung für die Bypassleitung und somit für die weiteren Komponenten des Ladesteckers zur Verfügung gestellt werden.
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Weiter vorzugsweise ist der Ladestecker derart ausgebildet, dass das Fluidstromstellglied zumindest ein Thermobimetall aufweist, das mit einem Kühlfluid in der Bypass-Rücklaufleitung in Kontakt bringbar ist, wobei das Thermobimetall derart mit dem Fluidstromstellglied gekoppelt ist, dass mit steigender Temperatur des Thermobimetalls das Fluidstromstellglied die freie Durchgangsöffnung der Kühlfluidleitung verringert.
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Ein entsprechend ausgebildeter Ladestecker bietet den Vorteil, dass die Verteilung des Gesamtkühlfluidstroms zwischen der Kühlfluidleitung und der Bypassleitung, bestehend aus dem Bypass-Vorlaufleitung und der Bypass-Rücklaufleitung, automatisch eingestellt wird. Eine steigende Temperatur des Thermobimetalls wird durch eine steigende Temperatur des Kühlfluids in der Bypass-Rücklaufleitung und somit durch eine steigende Temperatur der Komponente(n) des Ladesteckers bewirkt, die durch das Kühlfluid in der Bypassleitung gekühlt werden soll(en). Wenn sich folglich die Temperatur der zu kühlenden Komponenten erhöht, kann mehr Kühlleistung für die Bypassleitung und somit für die weiteren Komponenten des Ladesteckers zur Verfügung gestellt werden.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Ladesteckers ist das Fluidstromstellglied elektromotorisch ein- und ausfahrbar ausgebildet.
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Weiter vorzugsweise ist der Ladestecker derart ausgebildet, dass der Ladestecker zumindest einen Temperaturmessfühler aufweist, der mit dem Fluidstromstellglied mittels einer Steuerungseinrichtung zur Übertragung von Stellsignalen gekoppelt ist, wobei der Temperaturmessfühler mit einem Kühlfluid in der Kühlfluidleitung und/oder in der Bypass-Vorlaufleitung zur Bestimmung einer Kühlfluidtemperatur in der Kühlfluidleitung und/oder in der Bypass-Vorlaufleitung in Kontakt bringbar ist, und wobei die Steuerungseinrichtung derart ausgebildet ist, dass diese mit sinkender Temperatur des Kühlfluids ein Steuersignal an das Fluidstromstellglied überträgt, so dass das Fluidstromstellglied die freie Durchgangsöffnung der Kühlfluidleitung verkleinert.
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Ein entsprechend ausgebildeter Ladestecker bietet den Vorteil, dass die Verteilung des Gesamtkühlfluidstroms zwischen der Kühlfluidleitung und der Bypassleitung, bestehend aus der Bypass-Vorlaufleitung und der Bypass-Rücklaufleitung, automatisch mittels der Steuerungseinrichtung gesteuert werden kann. Der Temperaturmessfühler bestimmt die Temperatur des mit diesem in Kontakt stehenden Kühlfluids. Eine sinkende Temperatur des Temperaturmessfühlers wird durch eine sinkende Temperatur des Kühlfluids in der Kühlfluidleitung und/oder in der Bypass-Vorlaufleitung und somit durch eine sinkende Temperatur der Ladeleitungen bewirkt. Wenn sich die Temperatur der Ladeleitungen verringert, kann mehr Kühlleistung für die Bypassleitung und somit für die weiteren Komponenten des Ladesteckers, z.B. die Leistungskontakte des Ladesteckers, zur Verfügung gestellt werden.
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Weiter vorzugsweise ist der Ladestecker derart ausgebildet, dass der Ladestecker zumindest einen Temperaturmessfühler aufweist, der mit dem Fluidstromstellglied mittels einer Steuerungseinrichtung zur Übertragung von Stellsignalen gekoppelt ist, wobei der Temperaturmessfühler mit einem Kühlfluid in der Bypass-Rücklaufleitung zur Bestimmung einer Kühlfluidtemperatur in der Bypass-Rücklaufleitung in Kontakt bringbar ist, und wobei die Steuerungseinrichtung derart ausgebildet ist, dass diese mit steigender Temperatur des Kühlfluids ein Steuersignal an das Fluidstromstellglied überträgt, so dass das Fluidstromstellglied die freie Durchgangsöffnung der Kühlfluidleitung verkleinert.
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Ein entsprechend ausgebildeter Ladestecker bietet den Vorteil, dass die Verteilung des Gesamtkühlfluidstroms zwischen der Kühlfluidleitung und der Bypassleitung, bestehend aus der Bypass-Vorlaufleitung und der Bypass-Rücklaufleitung, automatisch mittels der Steuerungseinrichtung gesteuert werden kann. Der Temperaturmessfühler bestimmt die Temperatur des mit diesem in Kontakt stehenden Kühlfluids. Eine steigende Temperatur des Temperaturmessfühlers wird durch eine steigende Temperatur des Kühlfluids in der Bypass-Rücklaufleitung und somit durch eine steigende Temperatur der zu kühlenden Komponenten des Ladesteckers bewirkt. Wenn sich die Temperatur der zu kühlenden Komponenten, z.B. der Leistungskontakte erhöht, kann mehr Kühlleistung für die Bypassleitung und somit für die weiteren Komponenten des Ladesteckers zur Verfügung gestellt werden.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Ladesteckers weist dieser eine Leistungskontaktkühleinrichtung auf, die mit dem Leistungskontakt in direktem Kontakt steht, wobei die Leistungskontaktkühleinrichtung einen Kühlfluidzulaufanschluss und einen mit diesem mittels eines innerhalb der Leistungskontaktkühleinrichtung angeordneten Kühlfluidkanals fluidverbundenen Kühlfluidablaufanschluss aufweist, wobei der Kühlfluidzulaufanschluss mit der Bypass-Zulaufleitung und der Kühlfluidablaufanschluss mit der Bypass-Rücklaufleitung fluidverbunden sind.
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Durch den direkten und unmittelbaren Kontakt der Kühleinrichtung mit dem Leistungskontakt, im genaueren mit dem zweiten Anschlussbereich des Leistungskontakts, kann die im Leistungskontakt durch ohmsche Verluste erzeugte Wärme verbessert von dem Leistungskontakt abgegeben und abgeführt werden. Vorzugsweise kann die Kühleinrichtung mit dem Leistungskontakt lediglich über Kontaktflächen in direktem Kontakt stehen, die aus einem dielektrischen Material gebildet sind, so dass eine direkte Kontaktierung des Leistungskontakts mit der Kühleinrichtung ermöglicht ist, wodurch sich die Kühlleistung erhöht.
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Die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird ferner durch eine Ladestation zur Abgabe elektrischer Energie an einen Empfänger elektrischer Energie gelöst, die einen oben beschriebenen Ladestecker und ein Versorgungskabel aufweist, wobei das Versorgungskabel mit dem zumindest einem Ladekabel elektrisch verbunden und mit der Kühlfluidleitung fluidverbunden ist.
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Weitere Vorteile, Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich nachfolgend aus den erläuterten Ausführungsbeispielen. Dabei zeigen im Einzelnen:
- 1: eine perspektivische Darstellung eines erfindungsgemäßen Ladesteckers von schräg vorne betrachtet;
- 2: einen Leistungskontakt eines erfindungsgemäßen Ladesteckers in Alleinstellung;
- 3: einen frontseitigen Bereich des in 1 dargestellten Ladesteckers mit demontiertem rückseitigen Bereich des Ladesteckergehäuses, so dass der Ladesteckergehäuseinnenraum ersichtlich ist;
- 4A: eine Draufsicht auf zwei Ladekabel des in 1 dargestellten Ladesteckers mit einer Ladekabelkühleinrichtung und Bypass-Abzweigen von einer Kühlfluideinrichtung;
- 4B: die in 4A dargestellte Anordnung in einer Seitenansicht; und
- 4C: einen Schnitt durch die in 4B dargestellte Ladekabelkühleinrichtung in der Ebene A-A.
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In der nun folgenden Beschreibung bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche Bauteile beziehungsweise gleiche Merkmale, so dass eine in Bezug auf eine Figur durchgeführte Beschreibung bezüglich eines Bauteils auch für die anderen Figuren gilt, so dass eine wiederholende Beschreibung vermieden wird. Ferner sind einzelne Merkmale, die in Zusammenhang mit einer Ausführungsform beschrieben wurden, auch separat in andere Ausführungsformen verwendbar.
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In 1 ist ein erfindungsgemäßer Ladestecker 100 zur Kopplung mit einer korrespondierenden und in den Figuren nicht dargestellten Verbindungsvorrichtung und zur Übertragung elektrischer Energie dargestellt. Bei dem dargestellten Ladestecker 100 handelt es sich um einen Ladestecker 100 für das sogenannte Combined AC/DC-Charging System, dass ein Ladesteckersystem für Elektrofahrzeuge nach IEC 62196 ist, und ein AC-Laden (Wechselstrom) und ein DC-Laden (Gleichstrom) unterstützt. Das Combined AC/DC-Charging System besteht im Wesentlichen aus einem fahrzeugseitigen Stift, dem sogenannten Inlet, und dem Ladestecker 100.
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Wie aus 1 ersichtlich ist, weist der Ladestecker 100 ein Ladesteckergehäuse 110 auf, in dem ein Haltegriff 113 zur Handhabe des Ladesteckers 100 ausgebildet ist. Endseitig ist der Ladestecker 100 mit einem Versorgungskabel 140 verbunden, mittels dem der Ladestecker 100 mit einer nicht dargestellten Ladestation elektrisch und/oder fluidtechnisch verbunden bzw. verbindbar ist. Eine frontseitige Kontaktseite 112 des Ladesteckers 100 ist in eine nicht dargestellte Ladebuchse, beispielsweise eines elektrobetriebenen Kraftfahrzeugs einführbar. Für die elektrische Kopplung mit einem Energieempfänger weist der Ladestecker 100 zwei Lastkontakte 10 auf, die über die frontseitige Kontaktseite 112 des Ladesteckers 100 zugänglich sind. Der Ladestecker 100 weist einen frontseitigen Bereich 100 1 und einen rückseitigen Bereich 100 2 auf.
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In 2 ist ein Lastkontakt 10 des Ladesteckers 100 in Alleinstellung dargestellt. Jeder Leistungskontakt 10 weist einen ersten als Kontaktbuchse 11 ausgebildeten Anschlussbereich 11 auf, der zur galvanischen Verbindung mit einem elektrischen Energieempfänger, der im vorliegenden Ausführungsbeispiel eine Batterie eines elektrobetriebenen Fahrzeuges sein kann, ausgebildet ist. Im Genaueren ist die Kontaktbuchse 11 zur Aufnahme eines in den Figuren nicht dargestellten Kontaktstiftes ausgebildet. Der Leistungskontakt 10 umfasst ferner einen zweiten Anschlussbereich 12, der zur galvanischen Verbindung mit einem Ladekabel 120 (siehe 3) ausgebildet ist. Das Ladekabel 120 wiederum ist mit einer nicht dargestellten elektrischen Energiequelle verbunden.
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Bei dieser elektrischen Energiequelle kann es sich beispielsweise um eine Ladestation für ein elektroangetriebenes Kraftfahrzeug handeln.
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Die Kontaktbuchse 11 ist segmentiert aufgebaut. Dazu weist die Kontaktbuchse 11 eine Vielzahl von Längsausnehmungen auf, sodass die Kontaktbuchse 11 eine der Anzahl der Längsausnehmungen entsprechende Anzahl von Mantelsegmenten 14 aufweist. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Mantelsegmente 14 als Zylindermantelsegmente 14 ausgebildet.
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Die radialen Abstände der Zylindermantelsegmente 14 sind zueinander variabel, d.h. die einzelnen Zylindermantelsegmente 14 können unter Vergrößerung der Längsausnehmungen auseinandergedrückt werden, wenn beispielsweise die Kontaktbuchse 11 auf einen in den Figuren nicht dargestellten und beispielsweise fahrzeugseitig bereitgestellten Kontaktstift aufgeschoben wird. Dadurch wird eine zuverlässige elektrische/galvanische Verbindung zwischen der Kontaktbuchse 11 und dem Kontaktstift erreicht.
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Der zweite Anschlussbereich 12 des Leistungskontakts 10 ist mit einem Ladekabel 120 galvanisch verbunden, sodass durch Einführen eines in den Figuren nicht dargestellten Kontaktstiftes in den Aufnahmeraum der Kontaktbuchse 11 über den Leistungskontakt 10 ein Ladestrom übertragbar ist.
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Aus den 4A und 4B sind die Ladekabel 120 des Ladesteckers 100 zusammen mit einer Ladekabelkühleinrichtung 121 in Alleinstellung dargestellt. Dabei zeigt 4A eine Draufsicht auf die Ladekabel 120 samt Kühleinrichtung 121 und 4B zeigt eine Seitenansicht der in 4A dargestellten Ladekabel-Anordnung. Die Ladekabelkühleinrichtung 121 ist mit einer Kühlfluidleitung 122, 123 fluidverbunden.
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Die Kühlfluidleitung umfasst dabei eine Kühlfluidvorlaufleitung 122 und eine Kühlfluidrücklaufleitung 123, sodass die Ladekabelkühleinrichtung 121 von einem Kühlfluidstrom durch die Kühlfluidvorlaufleitung 122 und die Kühlfluidrücklaufleitung 123 umströmbar bzw. durchströmenbar ist.
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4C zeigt eine Schnittdarstellung entlang der Schnittebene A-A der in 4B dargestellten Ladekabel-Anordnung. Dabei ist ersichtlich, dass eine Bypass-Vorlaufleitung 130 und eine Bypass-Rücklaufleitung 131 mit der Kühlfluidleitung fluidverbunden sind. Die Bypass-Vorlaufleitung 130 zweigt von einem Bypass-Vorlaufanschluss 127 der Ladekabelkühleinrichtung 121 ab. Die Bypass-Rücklaufleitung 131 wiederum zweigt von einem Bypass-Rücklaufanschluss 128 der Ladekabelkühleinrichtung 121 ab.
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Die Bypass-Vorlaufleitung 130 und die Bypass-Rücklaufleitung 131 sind ferner mittels eines in den Figuren nicht dargestellten Kühlfluidkanals in einer in 3 dargestellten Leistungskontaktkühleinrichtung 20 miteinander fluidverbunden. Somit ist ein Kühlfluidstrom von der Kühlfluidvorlaufleitung 122 über die Bypass-Vorlaufleitung 130, die Leistungskontaktkühleinrichtung 20, die Bypass-Rücklaufleitung 131 zurück in die Kühlfluidrücklaufleitung 123 ermöglicht. Ferner ist ein weiterer Kühlfluidstrom von der Kühlfluidvorlaufleitung 122 direkt in die Kühlfluidrücklaufleitung 123 ohne Umweg über den durch die Bypass-Vorlaufleitung 130 und die Bypass-Rücklaufleitung 131 gebildeten Bypasskanal ermöglicht.
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Damit der zur Kühlung der Ladekabel 120 und der Leistungskontakte 10 vorgesehene Gesamt-Kühlfluidstrom geeignet zwischen einem Kühlfluidkreislauf in der Ladekabelkühleinrichtung 121 und einem Kühlkreislauf in der Leistungskontaktkühleinrichtung 20 aufgeteilt werden kann, weist der Ladestecker 100 ein in die Kühlfluidleitung ein- und ausfahrbares Kühlfluidstromstellglied 125 auf. Das Fluidstromstellglied 125 ist dabei zwischen dem Bypass-Vorlaufanschluss 127, mittels dem die Bypass-Vorlaufleitung 130 mit der Kühlfluidleitung fluidverbunden ist, und dem Bypass-Rücklaufanschluss 128, mittels dem die Bypass-Rücklaufleitung 131 mit der Kühlfluidleitung fluidverbunden ist, angeordnet. Mittels des Kühlfluidstromstellglieds 125 ist eine freie Durchgangsöffnung D der Kühlfluidleitung zwischen dem Bypass-Vorlaufanschluss 127 und dem Bypass-Rücklaufanschluss 128 veränderbar.
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Durch Verringern der freien Durchgangsöffnung D der Kühlfluidleitung wird ein größerer Anteil des Gesamtkühlfluidstroms in die Bypass-Vorlaufleitung 130 befördert. Aufgrund der Fluidverbindung der Bypass-Rücklaufleitung 131 mit der Bypass-Vorlaufleitung 130 mittels der Leistungskontaktkühleinrichtung 20 fließt der abgezweigte Kühlfluidstrom selbstverständlich auch durch die Bypass-Rücklaufleitung 131. Somit können die Leistungskontakte 10 des Ladesteckers 100 stärker gekühlt werden. Die freie Durchgangsöffnung D der Kühlfluidleitung wird durch Einfahren bzw. Hineinfahren, bzw. Eindrehen des Fluidstromstellglieds 125 in die Kühlfluidleitung verringert.
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Durch Vergrößern der freien Durchgangsöffnung D der Kühlfluidleitung wird ein kleinerer Anteil des Gesamtkühlfluidstroms in die Bypass-Vorlaufleitung 130 befördert. Somit können die Ladekabel 120 stärker gekühlt werden. Die freie Durchgangsöffnung D der Kühlfluidleitung wird durch Ausfahren bzw. Herausfahren, bzw. Herausdrehen des Fluidstromstellglieds 125 aus der Kühlfluidleitung vergrößert.
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Durch eine entsprechende Anbindung der Leistungskontaktkühleinrichtung 20 über eine in dem Ladestecker 100 angeordnete Bypassleitung müssen in einem Versorgungskabel 140, mittels dem der Ladestecker 100 mit einer nicht dargestellten Ladestation elektrisch und fluidtechnisch verbunden ist, lediglich die Ladekabel 120 und die Kühlfluidvorlaufleitung 122 und die Kühlfluidrücklaufleitung 123 angeordnet sein.
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In 3 ist der frontseitige Bereich 100 1 des Ladesteckers 100 in Alleinstellung und ohne den rückseitigen Bereich 100 2 dargestellt, so dass ein Ladesteckergehäuseinnenraum 111 erkennbar ist. Die Leistungskontakte 10 sind mittels einer Befestigungseinrichtung 16, die als Befestigungsflansch 16 oder als Dichtflansch 16 bezeichnet werden kann, mit einer Leistungskontaktkühleinrichtung 20 des Ladesteckers 100 verbunden. Die Leistungskontaktkühleinrichtung 20 weist ein dielektrisches Material auf, das elektrisch isolierend ist. Kontaktflächen der Leistungskontaktkühleinrichtung 20, die mit den zweiten Anschlussbereichen 12 der Leistungskontakte 10 in direktem Kontakt stehen, sind aus dem dielektrischen Material gebildet.
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In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Leistungskontaktkühleinrichtung 20 als Vergusskörper 20 ausgebildet, so dass die zweiten Anschlussbereiche 12 der Leistungskontakte 10 in den Vergusskörper 20 eingegossen sind. Somit ist eine innige Verbindung zwischen dem Vergusskörper 20 und den Leistungskontakten 10 erreicht, da eine Spaltbildung zwischen den Kontaktfläche 21 der Leistungskontaktkühleinrichtung 20 und den zweiten Anschlussbereich 12 der Leistungskontakte 10 wirksam vermieden wird, so dass ein verbesserter Wärmeübergang von den Leistungskontakten 10 zu der Leistungskontaktkühleinrichtung 20 gewährleistet ist.
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Aus 3 ist ferner ersichtlich, dass die Leistungskontaktkühleinrichtung 20 zusätzlich zum Vergusskörper 20 ein Kühlelement 22 aufweist, das in dem Vergusskörper 20 zumindest abschnittsweise eingegossen ist. Das Kühlelement 22 ist aus einem Metall, beispielsweise Aluminium und/oder Kupfer und/oder Eisen und/oder Stahl und/oder Messing usw., gefertigt. Das Kühlelement 22 weist mehrere Kühlrippen auf. Das Kühlelement 22 der Leistungskontaktkühleinrichtung 20 weist einen Kühlfluidzulaufanschluss 23 und einen Kühlfluidablaufanschluss 24 auf. Der Kühlfluidzulaufanschluss 23 ist dabei mit dem Bypass-Vorlaufleitung 130 fluidverbunden, und der Kühlfluidablaufanschluss 24 ist mit der Bypass-Rücklaufleitung 131 fluidverbunden. Sowohl der Kühlfluidzulaufanschluss 23 als auch der Kühlfluidablaufanschluss 24 sind mit einem innerhalb des Kühlelements 22 angeordneten Kühlfluidkanal fluidverbunden, sodass durch Einleiten eines Kühlfluids über den Kühlfluidzulaufanschluss 23 Wärme von dem Kühlelement 22 und somit von den Leistungskontakten 10 auf das Kühlfluid übertragen wird, wobei dann das erwärmte Kühlfluid über den Kühlfluidablaufanschluss 24 aus dem Kühlelement 22 abgeleitet wird.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Leistungskontakt / Elektroanschlusskörper
- 11
- erster Anschlussbereich / Kontaktbuchse (des Leistungskontakts)
- 12
- zweiter Anschlussbereich (des Leistungskontakts)
- 13
- (zylinderförmige) Kontaktfläche (des zweiten Anschlussbereichs)
- 14
- Mantelsegment / Zylindermantelsegment (der Kontaktbuchse)
- 16
- Befestigungseinrichtung / Befestigungsflansch (des Leistungskontakts)
- 20
- Leistungskontaktkühleinrichtung / Vergusskörper
- 22
- Kühlelement
- 23
- Kühlfluidzulaufanschluss
- 24
- Kühlfluidablaufanschluss
- 100
- Ladestecker / Steckverbinder
- 110
- Ladesteckergehäuse
- 100_1
- frontseitiger Bereich (des Ladesteckers)
- 100_2
- rückseitiger Bereich (des Ladesteckers)
- 111
- Ladesteckergehäuseinnenraum
- 112
- Kontaktseite (des Ladesteckergehäuses)
- 113
- Haltegriff (des Ladesteckergehäuses)
- 120
- Ladekabel (des Ladesteckers)
- 121
- Ladekabelkühleinrichtung
- 122
- Kühlfluidleitung, Kühlfluidvorlaufleitung
- 123
- Kühlfluidleitung, Kühlfluidrücklaufleitung
- 125
- Fluidstromstellglied / Fluidstromstellschraube
- 127
- Bypass-Vorlaufanschluss
- 128
- Bypass-Rücklaufanschluss
- 130
- Bypass-Vorlaufleitung
- 131
- Bypass-Rücklaufleitung
- 140
- Versorgungskabel
- D
- freie Durchgangsöffnung (der Kühlfluidleitung)
