DE102017217879A1 - Ladestation für eine Stromtankstelle mit unterirdischer Kühlung - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung stellt eine Ladestation (30) für eine Stromtankstelle mit einer unterirdischen Flüssigkeitskühlung (10) bereit.Die Erfindung stellt ferner eine entsprechende Stromtankstelle bereit.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Ladestation mit unterirdischer Kühlung für eine Stromtankstelle. Die vorliegende Erfindung betrifft darüber hinaus eine entsprechende Stromtankstelle.
  • Stand der Technik
  • Als Ladestation wird in der Elektrotechnik jedwede stationäre Vorrichtung oder elektrische Anlage bezeichnet, welche dazu dient, mobilen akkubetriebenen Geräten, Maschinen oder Kraftfahrzeugen durch einfaches Einstellen oder Einstecken Energie zuzuführen, ohne den Energiespeicher - etwa die Traktionsbatterie eines Elektroautos - zwangsläufig entnehmen zu müssen. Ladestationen für Elektroautos werden mitunter auch als „Stromtankstellen“ bezeichnet und können mehrere Ladepunkte umfassen.
  • Bekannt sind hier insbesondere Gleichstrom-Schnellladesysteme (high performance charging, HPC) wie das in Europa verbreitete, sogenannte kombinierte Ladesystem (combined charging system, CCS). Beim gattungsmäßigen Gleichstromladen wird Gleichstrom aus der Ladesäule direkt in das Fahrzeug eingespeist und hierzu durch einen leistungsstarken Gleichrichter vom Stromnetz oder durch große Pufferakkumulatoren an z.B. Solartankstellen bereitgestellt. Im Fahrzeug befindet sich ein Batteriemanagementsystem, das mit der Ladesäule direkt oder indirekt kommuniziert, um die Stromstärke anzupassen oder bei Erreichung einer Kapazitätsgrenze den Vorgang zu beenden.
  • Die Leistungselektronik befindet sich hierbei üblicherweise in der Ladesäule. Da die Gleichstromanschlüsse der Ladesäule direkt mit entsprechenden Anschlüssen der Traktionsbatterie verbunden werden, lassen sich verlustarm hohe Ladeströme übertragen, was kurze Ladezeiten ermöglicht. In den verschiedenen Ladestationen, die weltweit im Einsatz sind, werden die verschiedensten Kühlungssysteme verwendet. Auch die Positionierungen der möglichen Kühlungen sind sehr verschieden.
  • CA 2648972 und GB 2460500 offenbaren jeweils eine elektrische Ladesäule für ein Fahrzeug mit einem unterirdischen Flüssigkeitskühlsystem.
  • US 2013/0307477 A1 beansprucht einen Container, der alle elektrischen Komponenten enthält, die zum Laden erforderlich sind. Der gesamte Container kann unterirdisch stehen und aus einem Material bestehen, welches entstehende Wärme unterirdisch nach außen abführt. Diese Abführung kann durch Wärmetransport oder durch Wärmekonvektion über spezielle Vorrichtungen erfolgen. Diese durch Konvektion oder Transport weitergeleitete Wärme kann über einen weiteren unterirdischen Raum abgeleitet werden.
  • Auch US 2014/316630 A1 beschreibt ein elektrisches Ladesystem für ein Fahrzeug mit passivem Kühlsystem unter Nutzung eines latenten Wärmespeichers sowie eine Methode zur Temperaturkontrolle eines Fahrzeugs.
  • WO 2012/041902 A2 schließlich betrifft eine elektrische Ladesäule für ein Fahrzeug mit einer unterirdischen elektrischen Anlage in Form eines Steuer- und Schaltmodules, welches verschiedene Komponenten wie Schutzeinrichtung, Schalteinrichtung, Kommunikationseinrichtung und Messeinrichtung enthält, die unter Flurniveau installiert sind.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Die Erfindung stellt eine Ladestation mit unterirdischer Kühlung für eine Stromtankstelle sowie eine entsprechende Stromtankstelle gemäß den unabhängigen Ansprüchen bereit.
  • Dem erfindungsgemäßen Ansatz liegt dabei die Erkenntnis zugrunde, dass in Ladestationen hoher Leistung eine Kühlung der Leistungselektronik vorgenommen werden muss. Ladekabel mit entsprechend hohen Strömen sind ebenfalls flüssig zu kühlen. Außerdem sind in Ladestationen mit einem inkludierten Pufferspeicher, welcher mit kleinen Netzleistungen geladen wird und große Leistungen zum Laden an Elektrofahrzeuge abgibt, mitunter die Batterien zu kühlen. Die hierzu erforderliche Kühleinheit nimmt selbst bei kompakter Bauweise relativ viel Platz ein.
  • Die Erfindung trägt ferner dem Umstand Rechnung, dass die meisten bekannten Ladesäulen eine Kühlung der Leistungselektronik durch eine Luftkühlung realisieren. Dies ist allerdings nur möglich, wenn der verfügbare Bauraum relativ groß ist, damit genügend Platz für einen Luftstrom in der Leistungselektronik vorhanden ist. Gekühlte Ladekabel sind nach dem Stand der Technik praktisch unbekannt, da Fahrzeuge, deren Ladeleistung eine derartige Kühlung erfordern würde, noch nicht marktüblich sind. Deshalb sind einschlägige Systeme, die Flüssigkeitskühlungen verwenden, äußerst selten. Flüssigkeitskühlungen benötigen viel Platz; allerdings wird dieser Platz bei Luftkühlungen auch für die Kühlkanäle benötigt.
  • Ein Vorzug der erfindungsgemäß integrierten Flüssigkeitskühlung liegt hierbei in deren idealem Einbauort, welcher eine kompakte Bauform der Ladestation in ihrem für den Nutzer sichtbaren Bereich ermöglicht.
  • Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
  • Figurenliste
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im Folgenden näher beschrieben.
    • 1 zeigt die perspektivische Ansicht einer Ladestation mit Gehäuse.
    • 2 zeigt eine im Boden versenkte Ladestation ohne Gehäuse.
    • 3 zeigt die teiltransparente Ansicht einer Ladestation ohne Gehäuse.
  • Ausführungsformen der Erfindung
  • 1 illustriert das Erscheinungsbild einer erfindungsgemäßen Ladestation (30) mit bodenseitiger Flüssigkeitskühlung (10). Der Einsatzzweck dieser Anordnung wird aus der Darstellung gemäß 2 ersichtlich: Die gesamte Flüssigkeitskühlung (10) ist hier im Erdreich platziert. Der gesamte Boden wird dazu als eine Wanne ausgeführt, damit keine Kühlflüssigkeit austreten kann. Es gibt sozusagen einen kellerartigen Raum, welcher direkt unterhalb der Ladestation/ Leistungselektronik angeordnet ist und Teil des Fundamentes sein kann. Die Flüssigkeitskühlung (10) ist somit unterhalb der Erdoberfläche.
  • 3 lässt auch die übrigen Einzelkomponenten der Ladestation (30) erkennen, die insbesondere eine Batterie (13) mit Umluftbereich und Leistungselektronik samt Kühlplatte (17) umfassen. Oberirdische Zuluftöffnungen (11, 18) sind fluidisch mit den Luftkühlungen von Leistungselektronik und Batterie (13) und der Flüssigkühlungen der Leistungselektronik und des Ladekabels verbunden. Die Luftkühlungen sind ihrerseits über einen ersten Wärmetauscher (16) bzw. zweiten Wärmetauscher (20) thermisch mit der Flüssigkeitskühlung (10) gekoppelt. Letztere wird wiederum durch einen Kompressor (15) oder eine Pumpe aus ihrem unterirdischen, als Kältespeicher fungierenden Tank (14) gespeist und ist fluidisch mit einem oberirdischen Kondensator oder Verflüssiger (12) verbunden. Drei weitere Pumpen (21) versorgen neben den Luftkühlungen ebenso eine - zeichnerisch nicht dargestellte - flüssigkeitsgekühlte Ladesäule.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • CA 2648972 [0005]
    • GB 2460500 [0005]
    • US 2013/0307477 A1 [0006]
    • US 2014316630 A1 [0007]
    • WO 2012/041902 A2 [0008]

Claims (10)

  1. Ladestation (30) für eine Stromtankstelle, gekennzeichnet durch folgendes Merkmal: - die Ladestation (30) weist eine unterirdische Flüssigkeitskühlung (10) auf.
  2. Ladestation (30) nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: - die Ladestation (30) umfasst eine Leistungselektronik und eine Batterie (13) und - die Ladestation (30) weist jeweils eine Luftkühlung für die Leistungselektronik und die Batterie (13) auf.
  3. Ladestation (30) nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: - die Ladestation (30) weist oberirdische Zuluftöffnungen (11, 18) auf und - die Zuluftöffnungen (11, 18) sind fluidisch mit der Kühlung verbunden.
  4. Ladestation (30) nach Anspruch 2 oder 3, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: - die Ladestation (30) umfasst einen ersten Wärmetauscher (16) und einen zweiten Wärmetauscher (20) und - die Flüssigkeitskühlung (10) ist über den ersten Wärmetauscher (16) mit der Luftkühlung der Leistungselektronik und über den zweiten Wärmetauscher (20) mit der Luftkühlung der Batterie (13) thermisch gekoppelt.
  5. Ladestation (30) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, gekennzeichnet durch folgendes Merkmal: - die Leistungselektronik weist eine flüssigkeitsgekühlte Kühlplatte (17) auf.
  6. Ladestation (30) nach einem der Ansprüche 2 bis 5, gekennzeichnet durch folgendes Merkmal: - die Ladestation (30) umfasst Pumpen (21) für eine oder mehrere Ladesäulen, die Luftkühlungen und Flüssigkeitskühlungen.
  7. Ladestation (30) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch folgendes Merkmal: - die Ladestation (30) umfasst einen Raum (19) für eine Verrohrung.
  8. Ladestation (30) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch folgendes Merkmal: - die Flüssigkeitskühlung (10) umfasst einen Tank (14) und einen Kompressor (15) für eine Kühlflüssigkeit.
  9. Ladestation (30) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch folgendes Merkmal: - die Ladestation (30) weist einen oberirdischen Verflüssiger (12) auf und - der Verflüssiger (12) ist fluidisch mit der Flüssigkeitskühlung (10) verbunden.
  10. Stromtankstelle mit einer Ladestation (30) nach einem der Ansprüche 1 bis 9.
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