DE102016211464A1

DE102016211464A1 - Leistungskontaktsystem für einen Ladestecker und/oder eine Ladebuchse, Ladestecker und Ladestation zur Abgabe elektrischer Energie an einen Empfänger elektrischer Energie

Info

Publication number: DE102016211464A1
Application number: DE102016211464.6A
Authority: DE
Inventors: Thomas Führer; Robert Babezki
Original assignee: Phoenix Contact eMobility GmbH
Current assignee: Phoenix Contact eMobility GmbH
Priority date: 2016-06-27
Filing date: 2016-06-27
Publication date: 2017-12-28

Abstract

Die vorliegende Erfindung offenbart ein Leistungskontaktsystem (1) für einen Ladestecker (100) und/oder eine Ladebuchse, mit zumindest einem Leistungskontakt (10) mit einem ersten Anschlussbereich (11) zur galvanischen Verbindung mit einem elektrischen Energieempfänger und einem zweiten Anschlussbereich (12) zur galvanischen Verbindung mit einer Ladeleitung (120), wobei das Leistungskontaktsystem dadurch gekennzeichnet ist, dass das Leistungskontaktsystem (1) zumindest ein Peltierelement (20) aufweist, wobei eine Kaltseite (21) des Peltierelements (20) mit dem zweiten Anschlussbereich (12) des Leistungskontakts (10) in direktem Kontakt steht.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Leistungskontaktsystem für einen Ladestecker und/oder eine Ladebuchse. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung 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.
Aus dem Stand der Technik sind Ladestecker für elektrisch antreibbare Fahrzeuge bekannt, die zur Verbindung mit einer korrespondierenden, als Buchse ausgebildeten, Verbindungsvor-richtung 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. Beispielsweise kann der zweite Anschlussbereich fest mit einer Ladeleitung verbunden sein.
Aufgrund eines durch den Leistungskontakt fließenden Ladestroms heizt sich 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.
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.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Leistungskontaktsystem bereitzustellen, das erhöhte Ladeströme bei einer begrenzten Aufheizung ermöglicht, folglich also eine erhöhte Stromtragfähigkeit aufweist.
Diese Aufgabe wird durch ein Leistungskontaktsystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den von Anspruch 1 abhängigen Ansprüchen beschrieben.
Ferner liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Ladestecker bereitzustellen, mittels dem erhöhte Ladeströme übertragbar sind, ohne dass sich der Ladestecker übermäßig erhitzt.
Diese Aufgabe wird durch einen Ladestecker mit den Merkmalen des Anspruchs 7 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen des Ladesteckers sind in den von Anspruch 7 abhängigen Ansprüchen beschrieben.
Letztendlich 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.
Diese Aufgabe wird durch eine Ladestation mit den Merkmalen des Anspruchs 11 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen der Ladestation sind in den von Anspruch 11 abhängigen Ansprüchen beschrieben.
Im Genaueren wird die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Aufgabe durch ein Leistungskontaktsystem für einen Ladestecker und/oder eine Ladebuchse gelöst, wobei das Leistungskontaktsystem zumindest einen Leistungskontakt mit einem ersten Anschlussbereich zur galvanischen Verbindung mit einem elektrischen Energieempfänger oder Energiesender und einen zweiten Anschlussbereich zur galvanischen Verbindung mit einer Ladeleitung aufweist. Das erfindungsgemäße Leistungskontaktsystem ist dadurch gekennzeichnet, dass dieses zumindest ein Peltierelement aufweist, wobei eine Kaltseite des Peltierelements mit dem zweiten Anschlussbereich des Leistungskontakts in direktem Kontakt steht.
Das Leistungskontaktsystem kann selbstverständlich auch mehr als einen Leistungskontakt aufweisen. Ferner kann das erfindungsgemäße Leistungskontaktsystem eine der Anzahl der Leistungskontakte entsprechende Anzahl von Peltierelementen aufweisen, wobei die jeweiligen Kaltseiten der Peltierelemente jeweils mit einem zweiten Anschlussbereich der jeweiligen Leistungskontakte in direkten Kontakt stehen.
Mittels des erfindungsgemäßen Leistungskontaktsystems lassen sich größere Ladeströme übertragen, da der Leistungskontakt / die Leistungskontakte des Leistungsanschlusssystems aktiv mittels eines Peltierelements / einer der Anzahl der Leistungskontakte entsprechenden Anzahl von Peltierelementen aktiv gekühlt wird / werden. Dadurch werden die ohmschen Verluste des Leistungskontakts / der Leistungskontakte reduziert, so dass mittels des Leistungskontakts / der Leistungskontakte größere Ladeströme übertragbar sind.
Unter einer Kaltseite eines Peltierelements ist die Seite des Peltierelements zu verstehen, die bei Bestromung des Peltierelements gekühlt wird. Die Kaltseite kann auch als Kaltfläche bezeichnet werden. Unter einer Heißseite eines Peltierelements ist die Seite des Peltierelements zu verstehen, die bei Bestromung des Peltierelements aufgeheizt wird. Die Heißseite kann auch als Heizseite oder als Heißfläche oder als Heizfläche bezeichnet werden.
Der erste Anschlussbereich kann mit einem Steckkontakt galvanisch verbindbar ausgestaltet sein. 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.
Der zweite Anschlussbereich des Leistungskontakts ist üblicherweise mit einer Ladeleitung elektrisch/galvanisch verbunden und ist folglich zur galvanischen Verbindung mit einer elektrischen Energiequelle 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.
Das Leistungskontaktsystem kann auch als Elektrokontaktsystem oder als Elektroanschlusskörpersystem bezeichnet werden. Der Leistungskontakt kann auch als Elektroanschlusskörper bezeichnet werden.
Vorzugsweise ist das Leistungskontaktsystem derart ausgebildet, dass der zweite Anschlussbereich des Leistungskontakts zumindest eine abgeflachte Kontaktfläche aufweist, wobei die Kaltseite des Peltierelements mit der abgeflachten Kontaktfläche des zweiten Anschlussbereichs in direktem Kontakt steht.
Durch eine entsprechende Ausbildung des Leistungskontakts / der Leistungskontakte ist eine effizientere Wärmekopplung des zweiten Anschlussbereichs / der zweiten Anschlussbereiche an das Peltierelement / die Peltierelemente gewährleistet, so dass der Leistungskontakt / die Leistungskontakte effizienter gekühlt werden können.
Das Peltierelement und insbesondere die Kaltseite des Peltierelements ist vorzugsweise ebenfalls flach, d.h. eben ausgebildet. Weiter vorzugsweise ist das Leistungskontaktsystem derart ausgebildet, dass die Verbindung zwischen dem zweiten Anschlussbereich des Leistungskontakts und der Kaltseite des Peltier-elements mittels eines thermisch leitenden Klebstoffs und/oder mittels einer Wärmeleitpaste erfolgt.
Dadurch werden unvermeidliche Spalten zwischen dem zweiten Anschlussbereich des Leistungskontakts und der Kaltseite des Peltierelements geschlossen, so dass ein verbesserter Wärmeübergang von dem Leistungskontakt zum Peltierelement gebildet ist.
Ein thermisch leitender Klebstoff und/oder eine Wärmeleitpaste umfassen üblicherweise Keramik- und/oder Metallpartikel.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des Leistungskontaktsystems weist dieses ferner zumindest ein Kühlelement auf, das mit einer Heißseite des Peltierelements in direktem Kontakt steht, sodass das Peltierelement sandwichartig zwischen dem zweiten Anschlussbereich des Leistungskontakts und dem Kühlelement angeordnet ist.
Dadurch kann eine größere Differenztemperatur zwischen der Kaltseite und der Heißseite des Peltierelements erreicht werden, wodurch das Peltierelement effizienter betrieben werden kann, so dass der Leistungskontakt / die Leistungskontakte effizienter gekühlt werden kann / können. Somit lassen sich mittels eines entsprechend ausgebildeten Leistungskontaktsystem nochmals größere Ladeströme übertragen.
Das Kühlelement, das auch als Kühlkörper bezeichnet werden kann, weist vorzugsweise zumindest eine Kühlrippe auf. Dadurch lässt sich die Wärme der Heißseite des Peltierelements nochmals verbessert abführen.
Weiter vorzugsweise ist das Leistungskontaktsystem derart ausgebildet, dass die Verbindung zwischen dem Kühlelement und der Heißseite des Peltierelements mittels eines thermisch leitenden Klebstoffs und/oder mittels einer Wärmeleitpaste erfolgt.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Leistungskontaktsystems weist dieses zumindest zwei Leistungskontakte und eine der Anzahl der Leistungskontakte entsprechende Anzahl von Peltierelementen auf, wobei das Kühlelement mit den jeweiligen Heißseiten der Peltierelemente in direktem Kontakt steht.
Ein entsprechend Leistungskontaktsystem weist eine reduzierte Anzahl von Bauteilen und einen einfachen Aufbau auf, da ein Kühlelement mit mehr als nur einem Peltierelement in direktem Kontakt stehen kann.
Vorzugsweise ist das Leistungskontaktsystem derart ausgebildet, dass das Kühlelement einen Kühlfluidzulaufanschluss und einen mit diesem mittels eines innerhalb des Kühlelements angeordneten Kühlfluidkanal fluidverbundenen Kühlfluidablaufanschluss aufweist, so dass das Kühlelement von einem Kühlfluid durchströmbar ist.
Dadurch kann eine größere Differenztemperatur zwischen der Kaltseite und der Heißseite des Peltierelements erreicht werden, wodurch das Peltierelement effizienter betrieben werden kann, so dass der Leistungskontakt / die Leistungskontakte effizienter gekühlt werden kann / können. Somit lassen sich mittels eines entsprechend ausgebildeten Leistungskontaktsystem nochmals größere Ladeströme übertragen.
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. Das Kühlelement kühlt die Heißseite des Peltierelements ab. Folglich können mittels des erfindungsgemäßen Leistungskontaktsystems bei gleichbleibendem Leitungsquerschnitt des Leistungskontakts / der Leistungskontakte größere Ladeströme übertragen werden können, ohne dass sich der Leistungskontakt / die Leistungskontakte übermäßig erhitzt / erhitzen.
Der Kühlfluidzulauf kann auch als erster Kühlfluidanschluss und der Kühlfluidablauf als zweiter Kühlfluidanschluss bezeichnet werden.
Der Kühlfluidkanal ist innerhalb des Kühlelements, vorzugsweise innerhalb eines Hohlraums des Kühlelements angeordnet oder durch den Hohlraum des Kühlelements gebildet. Der Kühlfluidkanal ist von einer Kontaktfläche des Kühlelements fluidgetrennt. Beispielsweise ist die Kontaktfläche des Kühlelements vom Fluidkanal durch eine Wandung getrennt. Das Kühlfluid kommt folglich mit dem Peltierelement nicht in direkten Kontakt.
Die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird auch durch einen Ladestecker zur Kopplung mit einer korrespondierenden Verbindungsvorrichtung und zur Übertragung elektrischer Energie gelöst, wobei der Ladestecker dadurch gekennzeichnet ist, dass dieser zumindest ein oben beschriebenes und in einem Ladesteckergehäuse angeordnetes Leistungskontaktsystem aufweist, wobei der zweite Anschlussbereich des Leistungskontakts mit einer Ladeleitung galvanisch verbunden ist, und wobei der erste Anschlussbereich des Leistungskontakts über eine Kontaktseite des Ladesteckergehäuses zugänglich ist.
Der erfindungsgemäße Ladestecker ermöglicht erhöhte Ladeströme bei Beibehaltung vorgegebener Leitungsquerschnitte, ohne dass sich der Ladestecker und Komponenten innerhalb des Ladesteckers, insbesondere der Leistungskontakte, während einer Stromübertragung übermäßig erhitzen.
Vorzugsweise ist der Ladestecker derart ausgebildet, dass der zumindest eine Leistungskontakt derart in dem Ladesteckergehäuse befestigt ist, dass eine Flächennormale der abgeflachten Kontaktfläche des Leistungskontakts senkrecht zu einer Steckrichtung des Ladesteckers und in Richtung einer Seitenwand des Ladesteckergehäuses orientiert ist, wobei das Ladesteckergehäuse zumindest eine in der Seitenwand angeordnete Seitenwandöffnung aufweist, und wobei das mit der abgeflachten Kontaktfläche mittelbar über das Peltierelement verbundene Kühlelement die Seitenwandöffnung verschließt.
Bei einem entsprechend ausgebildeten Ladestecker kann die von der Heißseite des Peltierelements bzw. von den Heißseiten der Peltierelemente und über das Kühlelement bzw. die Kühlelemente abtransportierte Wärme nochmals verbessert an die Umgebung abgegeben werden, sodass die Temperatur im Ladesteckergehäuseinnenraum reduziert wird.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Ladesteckers weist dieser zumindest zwei Leistungskontakte auf, die derart in dem Ladesteckergehäuse befestigt sind, dass Flächennormalen der jeweiligen abgeflachten Kontaktflächen der Leistungskontakte jeweils senkrecht zu einer Steckrichtung des Ladesteckers und in Richtung eines Oberseite oder einer Unterseite des Ladesteckergehäuses orientiert sind, wobei das Kühlelement mittels zumindest einem Peltierelement mit jeder der abgeflachten Kontaktflächen der Leistungskontakte in mittelbarem Kontakt steht.
Die Oberseite des Ladesteckergehäuses kann auch als Deckel des Ladesteckergehäuses bezeichnet werden. Die Unterseite des Ladesteckergehäuses kann auch als Boden des Ladesteckergehäuses bezeichnet werden.
Der entsprechend ausgebildete Ladestecker baut kompakt, da das Kühlelement mit mehreren Peltierelementen und somit auch mittelbar mit mehreren Leistungskontakten in Kontakt steht, sodass lediglich ein einzelnes Kühlelement zur Kühlung der Leistungskontakte notwendig ist.
Vorzugsweise ist der Ladestecker derart ausgebildet, dass der Kühlfluidzulaufanschluss mit einer Kühlfluidzulaufleitung und der Kühlfluidablaufanschluss mit einer Kühlfluidablaufleitung fluidverbunden sind.
Bei dem entsprechend ausgebildeten Ladestecker kann die in den Leistungskontakten erzeugte Wärme nochmals verbessert abtransportiert werden, sodass mittels des entsprechend ausgebildeten Ladesteckers nochmals erhöhte Ladeströme übertragbar sind.
Die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird ferner durch eine Ladestation zur Abgabe elektrischer Energie an einen Empfänger elektrischer Energie gelöst, wobei die Ladestation dadurch gekennzeichnet ist, dass diese Ladestation einen oben beschriebenen Ladestecker aufweist.
Die Ladestation ist vorzugsweise derart ausgebildet, dass diese ferner eine Kühlfluidquelle aufweist, die mit dem Kühlfluidzulaufanschluss des Kühlelements fluidverbunden ist.
Weitere Vorteile, Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich nachfolgend aus den erläuterten Ausführungsbeispielen. Dabei zeigen im Einzelnen:
1A: eine perspektivische Darstellung eines erfindungsgemäßen Ladesteckers;
1B: den in 1 dargestellten Ladestecker von schräg hinten betrachtet;
2: einen rückseitigen Bereich eines Ladesteckergehäuses des in den 1A und 1B gezeigten Ladesteckers;
3: ein Leistungskontaktsystem gemäß der vorliegenden Erfindung im auseinandergebauten Zustand;
4A: eine Explosionszeichnung eines frontseitigen Bereichs des in den 1A und 1B dargestellten Ladesteckers, wobei der rückseitige Bereich des Ladesteckers nicht dargestellt ist;
4B: den in 4A dargestellten frontseitigen Bereich im zusammengebauten Zustand;
5: eine perspektivische Darstellung eines erfindungsgemäßen Ladesteckers gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
6: einen frontseitigen Bereich des in 5 dargestellten Ladesteckers, wobei der rückseitige Bereich des Ladesteckers nicht dargestellt ist;
7A: ein Leistungskontaktsystem gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit zwei Leistungskontakten, zwei Peltierelementen und einem Kühlelement im auseinandergebauten Zustand; uns
7B: das in 7A dargestellte Leistungskontaktsystem im zusammengebauten Zustand.
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.
In den 1A und 1B 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 einer fahrzeugseitigen Buchse, dem sogenannten Inlet, und dem Ladestecker 100.
Wie aus den 1A und 1B ersichtlich ist, weist der Ladestecker 100 ein Ladesteckergehäuse 110 auf, in dem ein Haltegriff 117 zur Handhabe des Ladesteckers 100 ausgebildet ist. Endseitig ist der Ladestecker 100 mit einem Ladekabel 140 verbunden, das auch als Versorgungskabel bezeichnet werden kann, mittels dem der Ladestecker 100 mit einer nicht dargestellten Ladestation verbunden bzw. verbindbar ist. Eine frontseitige Kontaktseite 116 des Ladesteckers 100 ist in eine nicht dargestellte Ladebuchse, beispielsweise eines elektrobetriebenen Kraftfahrzeugs einführbar. Der Ladestecker 100 weist einen frontseitigen Bereich 100_1 und einen rückseitigen Bereich 100_2 auf.
In 2 ist das Ladesteckergehäuse 110 mit demontierten frontseitigen Bereich 100_1 dargestellt. Das Ladesteckergehäuse 110 weist zwei Seitenwände 112, eine Oberseite 113, die auch als Deckel 113 bezeichnet werden kann, und eine Unterseite 114, die auch als Boden 114 bezeichnet werden kann, auf. In jeder der Seitenwände 112 des Ladesteckergehäuses 110 ist jeweils eine Seitenwandöffnung 115 angeordnet.
Aus den 1A und 1B ist ferner ersichtlich, dass die Seitenwandöffnungen 115 jeweils durch ein Kühlelement 30 verschlossen sind. Somit steht jedes Kühlelement 30 in unmittelbarem Kontakt mit der Außenseite des Ladesteckers 100.
In 3 ist ein erfindungsgemäßes Leistungskontaktsystem 1 für den in den 1A und 1B dargestellten Ladestecker 100 dargestellt. Das Leistungskontaktsystem 1 weist zumindest einen Leistungskontakt 10 auf, der einen ersten als Kontaktbuchse 11 ausgebildeten Anschlussbereich 11, 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 einer Ladeleitung 120 (siehe 4A, 4B und 6) ausgebildet ist. Die Ladeleitung 120 wiederum ist mit einer nicht dargestellten elektrischen Energiequelle verbunden. Bei dieser elektrischen Energiequelle kann es sich beispielsweise um eine Ladestation für ein elektroangetriebenes Kraftfahrzeug handeln.
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.
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.
Der zweite Anschlussbereich 12 des Leistungskontakts 10 ist dazu ausgebildet, mit einer Ladeleitung 120 galvanisch verbunden zu werden, sodass durch Einführen eines in den Figuren nicht dargestellten Kontaktstiftes in den Aufnahmeraum der Kontaktbuchse 11 über den Leistungskontakt 10 ein Ladestrom übertragbar ist.
Das Leistungskontaktsystem 1 weist ferner ein Peltierelement 20 auf, dass eine Kaltseite 21 und einer Heißseite 22 aufweist. Die Kaltseite 21 ist dabei die Seite des Peltierelements 20, die bei Bestromung des Peltierelements über die Elektroanschlussleitungen 23 des Peltierelements gekühlt wird. Die Heißseite 22 des Peltierelements 20 ist die Seite des Peltierelements 20, die bei Bestromung des Peltierelements 20 aufgeheizt wird.
Der zweite Anschlussbereich 12 des Leistungskontakts 10 weist eine abgeflachte Kontaktfläche 15 auf, sodass ein verbesserter Wärmeübergang von der Kaltseite 21 des Peltierelements 20 auf den zweiten Anschlussbereich 12 realisiert ist. Das Leistungskontaktsystem 1 weist ferner ein Kühlelement 30 mit einer Vielzahl von Kühlrippen 31 auf. Das Kühlelement 30, das auch als Kühlkörper 30 bezeichnet werden kann, ist mit der Heißseite 22 des Peltierelements 20 zur Abfuhr und verbesserten Abstrahlung der Wärme verbindbar. Die Kaltseite 21 des Peltierelements 20 kann mittels eines thermisch leitenden Klebstoffs und/oder mittels einer Wärmeleitpaste mit der abgeflachten Kontaktfläche 15 des zweiten Anschlussbereichs 12 verbunden sein. Ferner kann die Heißseite 22 des Peltierelements 20 mittels eines thermisch leitenden Klebstoffs und/oder mittels einer Wärmeleitpaste mit dem Kühlelement 30 verbunden werden.
Bei dem zusammengebauten Leistungskontaktsystem 1 ist folglich das Peltierelement 20 sandwichartig zwischen dem zweiten Anschlussbereich 12 des Leistungskontakts 10 und dem Kühlelement 30 angeordnet.
In den 4A und 4B ist der frontseitige Bereich 100_1 des in den 1A und 1B dargestellten Ladesteckers 100 dargestellt, wobei in 4A der frontseitige Bereich 100_1 im auseinandergebauten Zustand dargestellt ist, wobei in 4B der frontseitige Bereich 100_1 im zusammengebauten Zustand dargestellt ist. Es ist ersichtlich, dass das Leistungskontaktsystem 1 zwei Leistungskontakte 10, zwei Peltierelemente 20 und zwei Kühlelement 30 aufweist.
Ferner ist aus den 4A und 4B ersichtlich, dass die Leistungskontakte 10 derart in dem Ladesteckergehäuse 110 befestigt sind, dass die Flächennormalen N der abgeflachten Kontaktflächen 15 der Leistungskontakte 10 senkrecht zu einer Steckrichtung R des Ladesteckers 100 und in Richtung der jeweiligen Seitenwände 112 des Ladesteckergehäuses 110 orientiert sind. Dadurch ist es ermöglicht, dass die jeweiligen Kühlelement 30 durch die Seitenwandöffnungen 115 des Ladesteckergehäuses 110 hindurchragen oder diese zumindest verschließen, sodass die jeweiligen Kühlelemente 30 mit der Umgebung des Ladesteckers 100 in unmittelbarem Kontakt stehen. Folglich kann die in den Leistungs-kontakten 10 erzeugte Wärme effizient abgeführt und an die Umgebung des Ladesteckers 100 abgegeben werden.
In 5 ist ein Ladestecker 100 gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt. Das Ladesteckergehäuse 110 des in 5 dargestellten Ladesteckers 100 ist im Wesentlichen gleich aufgebaut wie das Ladesteckergehäuse 110 des in den 1A und 1B dargestellten Ladesteckers 100, wobei in den Seitenwänden 112 keine Seitenwandöffnungen in 115 vorgesehen sind.
In 6 ist der frontseitige Bereich 100_1 des in 5 dargestellten Ladesteckers 100 in Alleinstellung und ohne den rückseitigen Bereich 100_2 des Ladesteckers 100 dargestellt, so dass ein Ladesteckergehäuseinnenraum 111 erkennbar ist. Das in dem in 5 dargestellten Ladestecker 100 verbaute Leistungskontaktsystem 1 ist in den 7A und 7B dargestellt. 7A zeigt das Leistungskontaktsystem 1 gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung im auseinandergebauten Zustand, wohingegen in 7B das Leistungskontaktsystem 1 im zusammengebauten Zustand dargestellt ist.
Bei dem Leistungskontaktsystem 1 gemäß der weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist lediglich ein einziges Kühlelement 30 vorgesehen, das einen Kühlfluidzulaufanschluss 32 und einen mit diesem mittels eines innerhalb des Kühlelements 30 angeordneten Kühlfluidkanal fluidverbundenen Kühlfluidablaufanschluss 33 aufweist, sodass das Kühlelement 30 von einem Kühlfluid durchströmbar ist. Aus 6 ist ersichtlich, dass der Kühlfluidzulaufanschluss 32 mit einer Kühlfluidzulaufleitung 130 fluidverbunden ist, wohingegen der Kühlfluidablaufanschluss 33 mit einer Kühlfluidablaufleitung 131 verbunden ist. Sowohl die Kühlfluidzulaufleitung 130 als auch die Kühlfluidablaufleitung 131 können in dem Ladekabel 140 angeordnet sein, dass zusätzlich auch noch zumindest die zwei Ladeleitungen 120 aufweist, die mit den zwei Leistungskontakten 10 galvanisch verbunden sind.
Durch Durchströmen des Kühlelements 30 mit einem Kühlfluid kann die von dem Leistungskontakten 10 und den Heißseiten 22 der Peltierelemente 20 erzeugte Wärme nochmals verbessert abgeführt werden.
Aus 6 ist ersichtlich, dass der Ladestecker 100 zwei Leistungskontakte 10 aufweist, die derart in dem Ladesteckergehäuse 110 befestigt sind, dass die Flächennormalen N der jeweiligen abgeflachten Kontaktflächen 15 der zweiten Anschlussbereiche 12 der Leistungskontakte 10 jeweils senkrecht zu der Steckrichtung R des Ladesteckers 100 und in Richtung der Oberseite 113 des Ladesteckergehäuses 110 orientiert sind. Das Kühlelement 30 steht dabei mit beiden Peltierelementen 20, im Genaueren mit den jeweiligen Heißseiten 22 der Peltierelemente 20 in unmittelbarem Kontakt. Die jeweiligen Kaltseiten 21 der zwei Peltierelemente 20 stehen wie in dem Leistungskontaktsystem 1 gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit den jeweiligen abgeflachten Kontaktflächen 15 der zweiten Anschlussbereiche 12 der zwei Leistungskontakte 10 in unmittelbarem Kontakt.
Die Kaltseiten 21 der Peltierelemente 20 können mittels eines thermisch leitenden Klebstoffs und/oder mittels einer Wärmeleitpaste mit den jeweiligen abgeflachten Kontaktflächen 15 der zweiten Anschlussbereiche 12 verbunden sein. Ferner können die Heißseiten 22 der Peltierelemente 20 mittels eines thermisch leitenden Klebstoffs und/oder mittels einer Wärmeleitpaste mit dem Kühlelement 30 verbunden werden.
Bezugszeichenliste

1: Leistungskontaktsystem
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)
15: (abgeflachte) Kontaktfläche (des zweiten Anschlussbereichs)
16: Befestigungseinrichtung / Befestigungsflansch (des Leistungskontakts)
20: Peltierelement
21: Kaltseite (des Peltierelements)
22: Heißseite (des Peltierelements)
23: Elektroanschlussleitung (des Peltierelements)
30: Kühlelement
31: Kühlrippe (des Kühlelements)
32: Kühlfluidzulaufanschluss
33: Kühlfluidablaufanschluss
100: Ladestecker / Steckverbinder
110: Ladesteckergehäuse
100_1: frontseitiger Bereich (des Ladesteckers)
100_2: rückseitiger Bereich (des Ladesteckers)
111: Ladesteckergehäuseinnenraum
112: Seitenwand (des Ladesteckergehäuses)
113: Deckel / Oberseite (des Ladesteckergehäuses)
114: Boden / Unterseite (des Ladesteckergehäuses)
115: Seitenwandöffnung (des Ladesteckergehäuses)
116: Kontaktseite (des Ladesteckergehäuses)
117: Haltegriff (des Ladesteckergehäuses)
120: Ladeleitung (des Ladesteckers)
130: Kühlfluidzulaufleitung (des Ladesteckers)
131: Kühlfluidablaufleitung (des Ladesteckers)
140: Ladekabel / Versorgungskabel
R: Steckrichtung (des Ladesteckers)
N: Flächennormale (des abgeflachten Kontaktbereichs)

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102012105774 B3 [0002]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

Norm IEC 62196-3 [0003]
IEC 62196 [0057]

Claims

Leistungskontaktsystem (1) für einen Ladestecker (100) und/oder eine Ladebuchse, mit – zumindest einem Leistungskontakt (10) mit einem ersten Anschlussbereich (11) zur galvanischen Verbindung mit einem elektrischen Energieempfänger oder Energiesender und einem zweiten Anschlussbereich (12) zur galvanischen Verbindung mit einer Ladeleitung (120), dadurch gekennzeichnet, dass das Leistungskontaktsystem (1) folgende Merkmale aufweist: – das Leistungskontaktsystem (1) weist zumindest ein Peltierelement (20) auf; und – eine Kaltseite (21) des Peltierelements (20) steht mit dem zweiten Anschlussbereich (12) des Leistungskontakts (10) in direktem Kontakt.
Leistungskontaktsystem (1) nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale: – der zweite Anschlussbereich (12) des Leistungskontakts (10) weist zumindest eine abgeflachte Kontaktfläche (15) auf; und – die Kaltseite (21) des Peltierelements (20) steht mit der abgeflachten Kontaktfläche (15) des zweiten Anschlussbereichs (12) in direktem Kontakt.
Leistungskontaktsystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung zwischen dem zweiten Anschlussbereich (12) des Leistungskontakts (10) und der Kaltseite (21) des Peltierelements (20) mittels eines thermisch leitenden Klebstoffs und/oder mittels einer Wärmeleitpaste erfolgt.
Leistungskontaktsystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Leistungskontaktsystem (1) ferner zumindest ein Kühlelement (30) aufweist, das mit einer Heißseite (22) des Peltierelements (20) in direktem Kontakt steht, sodass das Peltierelement (20) sandwichartig zwischen dem zweiten Anschlussbereich (12) des Leistungskontakts (10) und dem Kühlelement (30) angeordnet ist.
Leistungskontaktsystem (1) nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale: – das Leistungskontaktsystem (1) weist zumindest zwei Leistungskontakte (10) und eine der Anzahl der Leistungskontakte (10) entsprechende Anzahl von Peltierelementen (20) auf; – das Kühlelement (30) steht mit den jeweiligen Heißseiten (22) der Peltierelemente (20) in direktem Kontakt.
Leistungskontaktsystem (1) nach zumindest einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlelement (30) einen Kühlfluidzulaufanschluss (32) und einen mit diesem mittels eines innerhalb des Kühlelements (30) angeordneten Kühlfluidkanal fluidverbundenen Kühlfluidablaufanschluss (33) aufweist, so dass das Kühlelement (30) von einem Kühlfluid durchströmbar ist.
Ladestecker (100) zur Kopplung mit einer korrespondierenden Verbindungsvorrichtung und zur Übertragung elektrischer Energie, dadurch gekennzeichnet, dass der Ladestecker (100) zumindest ein in einem Ladesteckergehäuse (110) angeordnetes Leistungskontaktsystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche aufweist, wobei der zweite Anschlussbereich (12) des Leistungskontakts (10) mit einer Ladeleitung (120) galvanisch verbunden ist, und wobei der erste Anschlussbereich (11) des Leistungskontakts (10) über eine Kontaktseite (112) des Ladesteckergehäuses (110) zugänglich ist.
Ladestecker (100) nach Anspruch 7, wobei der Ladestecker (100) ein Leistungskontaktsystem (1) nach einer Kombination von Anspruch 2 mit zumindest einem der Ansprüche 4 bis 6 aufweist, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale: – der zumindest eine Leistungskontakt (10) ist derart in dem Ladesteckergehäuse (110) befestigt, dass eine Flächennormale (N) der abgeflachten Kontaktfläche (15) des Leistungskontakts (10) senkrecht zu einer Steckrichtung (R) des Ladesteckers (100) und in Richtung einer Seitenwand (112) des Ladesteckergehäuses (110) orientiert ist; – das Ladesteckergehäuse (110) weist zumindest eine in der Seitenwand (112) angeordnete Seitenwandöffnung (115) auf; und – das mit der abgeflachten Kontaktfläche (15) mittelbar über das Peltierelement (20) verbundene Kühlelement (30) verschließt die Seitenwandöffnung (115).
Ladestecker (100) nach Anspruch 7, wobei der Ladestecker (100) ein Leistungskontaktsystem (1) nach einer Kombination von Anspruch 2 mit zumindest einem der Ansprüche 4 bis 6 aufweist, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale: – der Ladestecker (100) weist zumindest zwei Leistungskontakte (10) auf, die derart in dem Ladesteckergehäuse (110) befestigt sind, dass Flächennormalen (N) der jeweiligen abgeflachten Kontaktflächen (15) der Leistungskontakte (10) jeweils senkrecht zu einer Steckrichtung (R) des Ladesteckers (100) und in Richtung einer Oberseite (113) oder einer Unterseite (114) des Ladesteckergehäuses (110) orientiert sind; und – das Kühlelement (30) steht mittels zumindest einem Peltierelement (20) mit jeder der abgeflachten Kontaktflächen (15) der Leistungskontakte (10) in mittelbarem Kontakt.
Ladestecker (100) nach zumindest einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei der Ladestecker (100) ein Leistungskontaktsystem (100) nach Anspruch 6 aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlfluidzulaufanschluss (32) ist mit einer Kühlfluidzulaufleitung (130) und der Kühlfluidablaufanschluss (33) ist mit einer Kühlfluidablaufleitung (131) fluidverbunden.
Ladestation zur Abgabe elektrischer Energie an einen Empfänger elektrischer Energie, dadurch gekennzeichnet, dass die Ladestation einen Ladestecker (100) nach einem der Ansprüche 7 bis 10 aufweist.
Ladestation nach Anspruch 11, wobei die Ladestation einen Ladestecker (100) nach Anspruch 10 aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Ladestation ferner eine Kühlfluidquelle aufweist, die mit dem Kühlfluidzulaufanschluss (23) des Kühlelements (30) fluidverbunden ist.