DE102020108267A1

DE102020108267A1 - Connector device and method for operating a connector device

Info

Publication number: DE102020108267A1
Application number: DE102020108267.3A
Authority: DE
Inventors: Thomas Baumeister; Daniel Ruppert
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2020-03-25
Filing date: 2020-03-25
Publication date: 2021-09-30

Abstract

Um ein Laden eines Elektrofahrzeugs über eine Wechselspannungsquelle, wie beispielsweise einer Ladestation, ermöglichen zu können, ohne eine Elektronik zum Wandeln der Wechselspannung (U1) in eine Gleichspannung (U2) in dem Elektrofahrzeug bereitstellen zu müssen, ist eine Steckverbindervorrichtung (10) mit integrierter Wandlerschaltung (25) vorgeschlagen. Die Steckverbindervorrichtung (10) ist beispielsweise ein Elektrozapfhahn oder eine Elektrozapfpistole und umfasst eine Übertragungselektronik (20) mit der Wandlerschaltung, die ausgebildet ist, die von der Wechselspannungsquelle zugeführte elektrische Wechselspannung (U1) in die elektrische Gleichspannung (U2) zum Laden des Elektrofahrzeugs zu wandeln und an dieses zum Laden bereitzustellen.In order to enable charging of an electric vehicle via an alternating voltage source, such as a charging station, without having to provide electronics for converting the alternating voltage (U1) into a direct voltage (U2) in the electric vehicle, a connector device (10) with an integrated converter circuit is required (25) suggested. The connector device (10) is, for example, an electric tap or an electric nozzle and comprises transmission electronics (20) with the converter circuit, which is designed to convert the electrical AC voltage (U1) supplied by the AC voltage source into the electrical DC voltage (U2) for charging the electric vehicle and to provide this for charging.

Description

Die Erfindung betrifft eine Steckverbindervorrichtung zum Koppeln und zum Übertragen von elektrischer Energie von einer Energieübertragungsvorrichtung an eine Batterievorrichtung eines Kraftfahrzeugs. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Betreiben einer Steckverbindervorrichtung, mittels welcher ein Koppeln und ein Übertragen von elektrischer Energie von einer Energieübertragungsvorrichtung an eine Batterievorrichtung eines Kraftfahrzeugs bereitgestellt wird.The invention relates to a connector device for coupling and transferring electrical energy from an energy transfer device to a battery device of a motor vehicle. The invention also relates to a method for operating a plug connector device, by means of which a coupling and a transfer of electrical energy from an energy transfer device to a battery device of a motor vehicle is provided.

Zum konduktiven oder kontaktgebundenen Laden der Batterievorrichtung, die zum Beispiel als Antriebsbatterie des Kraftfahrzeugs ausgebildet sein kann, umfasst das Kraftfahrzeug einen Ladeanschluss. Dieser kann mit der genannten Steckverbindervorrichtung unter Ausbildung einer Steckverbindung beispielsweise über ein Ladekabel an die Energieübertragungsvorrichtung, also beispielsweise eine Ladestation oder Ladeinfrastruktur, elektrisch und mechanisch angeschlossen oder verbunden werden. Der Ladeanschluss und die Steckverbindervorrichtung können somit entsprechend jeweils als Ladestecker oder Ladebuchse ausgestaltet sein, wobei die Steckverbindervorrichtung ein Gegenstück für den Ladeanschluss darstellt und umgekehrt. Durch das Anschließen kann von der Energieübertragungsvorrichtung die elektrische Energie an die Batterievorrichtung zum Laden bereitgestellt oder übertragen werden. Das elektrische und mechanisch Anschließen wird im Folgenden auch als koppeln bezeichnet.For the conductive or contact-based charging of the battery device, which can be designed, for example, as a drive battery of the motor vehicle, the motor vehicle comprises a charging connection. This can be electrically and mechanically connected to the power transmission device, that is to say for example a charging station or charging infrastructure, with the aforementioned plug connector device forming a plug connection, for example via a charging cable. The charging connection and the plug connector device can thus each be designed as a charging plug or charging socket, the plug connector device representing a counterpart for the charging connection and vice versa. As a result of the connection, the electrical energy can be provided or transmitted from the energy transmission device to the battery device for charging. The electrical and mechanical connection is also referred to as coupling in the following.

Die Steckverbindervorrichtung stellt also einen Elektrozapfhahn oder eine Elektrozapfpistole dar. Somit dient die Steckverbindervorrichtung als eine Verbindungstechnik zwischen der Energieübertragungsvorrichtung und der Batterievorrichtung und gleichzeitig auch als Handhabungselement für einen Benutzer oder Anwender.The connector device thus represents an electric nozzle or an electric nozzle. The connector device thus serves as a connection technology between the energy transmission device and the battery device and at the same time also as a handling element for a user.

Um das Übertragen der bereitgestellten elektrischen Energie ermöglichen zu können, umfasst die Steckverbindervorrichtung eine Übertragungselektronik. Die Übertragungselektronik umfasst energieübertragungsvorrichtungsseitig eine Anschlussleitung. Mit energieübertragungsvorrichtungsseitig ist insbesondere gemeint, dass die von der Energieübertragungsvorrichtung über diese Anschlussleitung mit der Steckverbindervorrichtung gekoppelt werden kann. Über die Anschlussleitung kann somit die von der Energieübertragungsvorrichtung bereitgestellte elektrische Energie der Steckverbindervorrichtung zugeführt werden.In order to be able to enable the transmission of the provided electrical energy, the connector device comprises transmission electronics. The transmission electronics include a connection line on the power transmission device side. On the power transmission device side, it is meant in particular that the power transmission device can be coupled to the plug connector device via this connection line. The electrical energy provided by the energy transmission device can thus be fed to the plug connector device via the connection line.

Die elektrische Energie kann zum Beispiel als elektrische Wechselspannung (oder als Wechselstrom; AC: alternating current) und/oder als elektrische Gleichspannung (oder als Gleichstrom; DC: direct current) bereitgestellt werden. Beim Bereitstellen von elektrischer Gleichspannung durch die Energieübertragungsvorrichtung kann diese dabei bevorzugt direkt über die Steckverbindervorrichtung zum Laden an die Batterievorrichtung übertragen werden. Hierbei ist es jedoch in der Regel nötig, die Steckverbindervorrichtung zu kühlen, da bei einem Gleichspannungsladen in der Regel ein Strom mit einem Wert von mehreren Ampere über die Steckverbindervorrichtung übertragen wird.The electrical energy can be provided, for example, as electrical alternating voltage (or as alternating current; AC: alternating current) and / or as electrical direct voltage (or as direct current; DC: direct current). When providing electrical direct voltage by the energy transmission device, this can preferably be transmitted directly to the battery device for charging via the plug connector device. In this case, however, it is usually necessary to cool the connector device, since a current with a value of several amperes is usually transmitted via the connector device when charging with direct voltage.

Eine Möglichkeit zum Kühlen der Steckverbindervorrichtung ist beispielsweise aus der DE 20 2019 102 461 U1 bekannt. Hier ist ein Steckverbinderteil offenbart, welches ein Kühlelement zum Kühlen von zumindest einem Steckanschluss oder Steckkontakt des Steckverbinderteils umfasst. Eine Lüftereinheit ist zudem ausgebildet ist, einen Luftstrom an dem Kühlelement zum Abtransportieren der Wärme an dem Kühlelement zu erzeugen.One way of cooling the connector device is, for example, from DE 20 2019 102 461 U1 known. A plug connector part is disclosed here which comprises a cooling element for cooling at least one plug connection or plug contact of the plug connector part. A fan unit is also designed to generate an air flow on the cooling element for transporting away the heat on the cooling element.

Eine weitere Möglichkeit ist beispielsweise aus der DE 10 2015 013 296 A1 bekannt. Hier ist eine Steckverbindung zwischen einem elektrischen Energiespeicher eines Fahrzeugs und einer Ladeeinheit zum Laden des Energiespeichers beschrieben. Eine Temperierverbindung ist dabei mit der Steckverbindung gekoppelt, sodass ein Temperierkreislauf des Energiespeichers mit einem weiteren Temperierkreislauf der Ladeeinheit gekoppelt werden kann.Another possibility is, for example, from the DE 10 2015 013 296 A1 known. A plug connection between an electrical energy store of a vehicle and a charging unit for charging the energy store is described here. A temperature control connection 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 charging unit.

Aus der DE 10 2019 114 229 A1 ist außerdem ein Ladestecker für ein Elektrofahrzeug bekannt, welcher einen Temperatursensor zum Überwachen einer Temperatur des Ladesteckers aufweist.From the DE 10 2019 114 229 A1 a charging connector for an electric vehicle is also known, which has a temperature sensor for monitoring a temperature of the charging connector.

Im Gegensatz zum Übertragen der Gleichspannung, ergibt sich beim Übertragen von elektrischer Wechselspannung zum Laden der Batterievorrichtung die Herausforderung, dass die elektrische Wechselspannung zunächst in eine elektrische Gleichspannung gewandelt werden muss. Das Wandeln erfolgt dabei kraftfahrzeugseitig. Dazu ist in das Kraftfahrzeug, also ein Elektrofahrzeug oder Hybridfahrzeug, ein sogenannter On-Bord-Charger oder eine Wandlerelektronik, integriert. Dieser benötigt jedoch in der Regel viel Bauraum in dem Kraftfahrzeug, da auch hier üblicherweise eine Kühlung vorgesehen ist.In contrast to the transmission of the direct voltage, when transmitting electrical alternating voltage for charging the battery device, the challenge arises that the electrical alternating voltage must first be converted into an electrical direct voltage. The conversion takes place on the motor vehicle side. For this purpose, a so-called on-board charger or converter electronics are integrated into the motor vehicle, that is to say an electric vehicle or hybrid vehicle. However, this usually requires a lot of installation space in the motor vehicle, since cooling is usually provided here as well.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Laden einer Batterievorrichtung eines Kraftfahrzeugs mittels Wechselstrom zu ermöglichen und gleichzeitig einen Bauraumbedarf für eine Wandlerelektronik in dem Kraftfahrzeug zu reduzieren.The invention is based on the object of enabling a battery device of a motor vehicle to be charged by means of alternating current and, at the same time, to reduce the installation space required for converter electronics in the motor vehicle.

Die Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind durch die abhängigen Patentansprüche, die folgende Beschreibung sowie die Figuren offenbart.The object is achieved by the subjects of the independent claims. Advantageous developments of the invention are through the dependent claims, the following description and the figures.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass ein Wechselspannungsladen oder AC-Laden der Batterievorrichtung und gleichzeitig eine Reduktion des Bauraumbedarfs für die Wandlerelektronik realisiert werden kann, indem das Wandeln der von der Energieübertragungsvorrichtung bereitgestellten elektrischen Wechselspannung in die elektrische Gleichspannung in der Steckverbindervorrichtung erfolgt.The invention is based on the knowledge that AC charging or AC charging of the battery device and, at the same time, a reduction in the installation space required for the converter electronics can be implemented by converting the electrical AC voltage provided by the energy transmission device into the electrical DC voltage in the connector device.

Dazu ist die Steckverbindervorrichtung, wie zuvor beschrieben, zum Koppeln und zum Übertragen von elektrischer Energie von der Energieübertragungsvorrichtung an die Batterievorrichtung des Kraftfahrzeugs ausgebildet. Eine Übertragungselektronik der Steckverbindervorrichtung ist weiterhin zum Übertragen der elektrischen Energie ausgebildet. Die Übertragungselektronik umfasst, wie zuvor beschrieben, eine Anschlussleitung zum Zuführen einer von der Energieübertragungsvorrichtung bereitgestellten elektrischen Wechselspannung. Die Anschlussleitung ist somit mit der elektrischen Wechselspannung beaufschlagbar. Um nun die elektrische Wechselspannung in die elektrische Gleichspannung zum Bereitstellen an die Batterievorrichtung zu wandeln, umfasst die Übertragungselektronik zusätzlich noch eine Wandlerschaltung. Diese Wandlerschaltung ist mit der Anschlussleitung elektrisch gekoppelt, also elektrisch und mechanisch angeschlossen oder verbunden. Die Wandlerschaltung ist ausgebildet, die zugeführte elektrische Wechselspannung in die elektrische Gleichspannung zu wandeln.For this purpose, as described above, the plug connector device is designed to couple and transfer electrical energy from the energy transfer device to the battery device of the motor vehicle. Transmission electronics of the connector device are also designed to transmit the electrical energy. As described above, the transmission electronics comprise a connection line for supplying an electrical alternating voltage provided by the energy transmission device. The connecting line can thus be subjected to the electrical alternating voltage. In order to now convert the electrical alternating voltage into the electrical direct voltage for provision to the battery device, the transmission electronics additionally include a converter circuit. This converter circuit is electrically coupled to the connection line, that is to say connected or connected electrically and mechanically. The converter circuit is designed to convert the electrical AC voltage supplied into the electrical DC voltage.

Um die mittels der Wandlerschaltung gewandelte elektrische Gleichspannung an die Batterievorrichtung bereitzustellen, umfasst die Übertragungselektronik zudem noch einen Steckanschluss zum Koppeln mit einem Steckanschluss der Batterievorrichtung. Bevorzugt können der Steckanschluss der Steckverbindervorrichtung und der Steckanschluss der Batterievorrichtung dabei unter Ausbildung einer Steckverbindung gekoppelt werden. Der genannte Steckanschluss der Übertragungselektronik ist somit über die Wandlerschaltung mit der Anschlussleitung elektrisch gekoppelt und mit der gewandelten elektrischen Gleichspannung beaufschlagbar. Der Steckanschluss der Übertragungselektronik kann somit auch als Gleichspannungssteckanschluss oder DC-Steckanschluss bezeichnet werden.In order to provide the electrical direct voltage converted by means of the converter circuit to the battery device, the transmission electronics also include a plug connection for coupling to a plug connection of the battery device. The plug connection of the plug connector device and the plug connection of the battery device can preferably be coupled to form a plug connection. The aforementioned plug connection of the transmission electronics is thus electrically coupled to the connection line via the converter circuit and can be subjected to the converted electrical direct voltage. The plug connection of the transmission electronics can therefore also be referred to as a DC voltage plug connection or DC plug connection.

Die genannte Wandlerschaltung kann folglich den On-Bord-Charger des Kraftfahrzeugs ersetzen. Dadurch kann die Batterievorrichtung an eine Wechselspannungsquelle, wie die Energieübertragungsvorrichtung, angeschlossen werden. Gleichzeitig kann aber auch der On-Bord-Charger in dem Kraftfahrzeug weggelassen werden, sodass der dadurch frei gewordene Bauraum für andere Komponenten des Kraftfahrzeugs zur Verfügung steht. Im Zuge der zukünftig vermehrten Umstellung auf Kraftfahrzeuge, die lediglich einen Gleichspannungs-Ladeanschluss aufweisen, ergibt sich zudem der Vorteil, dass der Anwender sein Kraftfahrzeug auch weiterhin über einen Heimanschluss, wie zum Beispiel eine Steckdose, laden kann.The aforementioned converter circuit can consequently replace the on-board charger of the motor vehicle. This allows the battery device to be connected to an AC voltage source such as the power transmission device. At the same time, however, the on-board charger in the motor vehicle can also be omitted, so that the installation space freed up as a result is available for other components of the motor vehicle. In the course of the future increased switch to motor vehicles that only have a DC charging connection, there is also the advantage that the user can continue to charge his motor vehicle via a home connection, such as a socket.

Die Wandlerschaltung ist insbesondere als Stromwandlerschaltung, wie beispielsweise ein Netzteil oder ein Gleichrichter, ausgestaltet. Die Steckverbindervorrichtung kann dabei beispielsweise in bekannter Weise als eine Gleichstrom- oder Gleichspannungsladekupplung ausgebildet sein. Zum Beispiel kann die Steckverbindervorrichtung als Gleichstrom-CCS-Kupplung oder Combo-2-Kupplung (CCS: Combined Charging System, kombiniertes Ladesystem) oder als CHAdeMO-Kupplung ausgebildet sein.The converter circuit is designed in particular as a current converter circuit, such as a power supply unit or a rectifier, for example. The connector device can be designed, for example, in a known manner as a direct current or direct voltage charging coupling. For example, the connector device can be designed as a direct current CCS coupling or Combo-2 coupling (CCS: Combined Charging System) or as a CHAdeMO coupling.

Bevorzugt ist die Wandlerschaltung und insbesondere die gesamte Übertragungselektronik bidirektional ausgestaltet. Das heißt, es kann sowohl elektrische Energie von der Energieübertragungsvorrichtung an die Batterievorrichtung als auch von der Batterievorrichtung an die Energieübertragungsvorrichtung übertragen werden. Somit ist sowohl ein Laden als auch ein Entladen der Batterievorrichtung über die Steckverbindervorrichtung möglich.The converter circuit and in particular the entire transmission electronics are preferably designed to be bidirectional. That is, electric power can be transmitted from the power transmission device to the battery device as well as from the battery device to the power transmission device. Both charging and discharging of the battery device via the connector device are thus possible.

Zu der Erfindung gehören auch Ausführungsformen, durch die sich zusätzliche Vorteile ergeben.The invention also includes embodiments which result in additional advantages.

Um eine Gebrauchssicherheit bei der Handhabung der Steckverbindervorrichtung gewährleisten zu können, ist es üblich, dass eine Oberflächentemperatur der Steckverbindervorrichtung einen vorbestimmten Temperaturwert, beispielsweise von 50 Grad Celsius, nicht überschreiten soll. Häufig kommt es jedoch vor, dass zum Beispiel Leistungshalbleiter der Wandlerschaltung im Ladebetrieb, also beim Übertragen der elektrischen Energie, sich bis zu einem Temperaturwert von 125 Grad Celsius erwärmen können. Um den Anwender der Steckverbindervorrichtung dieser Temperatur nicht auszusetzen, ist gemäß einer Ausführungsform vorgesehen, dass die Steckverbindervorrichtung zum Kühlen der Wandlerschaltung eine Kühleinrichtung umfasst.In order to be able to ensure safe use when handling the connector device, it is customary that a surface temperature of the connector device should not exceed a predetermined temperature value, for example 50 degrees Celsius. However, it often happens that, for example, power semiconductors in the converter circuit can heat up to a temperature value of 125 degrees Celsius in charging mode, i.e. when transferring electrical energy. In order not to expose the user of the connector device to this temperature, one embodiment provides that the connector device comprises a cooling device for cooling the converter circuit.

Eine aktive Kühlung mit einem flüssigen Kühlmittel, wie beispielsweise Wasser, ist jedoch insbesondere für eine portable oder ortsveränderliche Steckverbindervorrichtung in der Regel nicht oder nur mit erhöhtem Aufwand umsetzbar. Bei einer portable Steckverbindervorrichtung kann die Anschlussleitung zum Beispiel durch ein Ladekabel mit einem entsprechenden Steckanschluss, zum Beispiel für den vorgenannten Heimanschluss, realisiert sein. Entsprechend kann die Kühleinrichtung bevorzugt als luftbasierte Kühleinrichtung ausgestaltet sein. Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Kühleinrichtung ist in den folgenden Ausführungsformen noch einmal näher beschrieben.However, active cooling with a liquid coolant, such as water, for example, cannot be implemented, or can only be implemented with increased effort, in particular for a portable or portable connector device. In the case of a portable plug connector device, the connection line can be implemented, for example, by a charging cable with a corresponding plug connection, for example for the aforementioned home connection. Accordingly, the cooling device can preferably be used as be designed air-based cooling device. An advantageous embodiment of the cooling device is described again in more detail in the following embodiments.

Gemäß einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Kühleinrichtung dadurch realisiert ist, dass die Steckverbindervorrichtung eine Gehäuseeinrichtung mit einer Innenhülle und einer Außenhülle umfasst. Somit ist die Gehäuseeinrichtung doppelwandig ausgebildet. Die genannte Wandlerschaltung ist dabei in einem von der Innenhülle gebildeten ersten Volumen der Innenhülle angeordnet. Bevorzugt ist die Wandlerschaltung an einer Innenwandung der Innenhülle angebracht. Die Innenhülle ist in einem vorbestimmten Abstand zu der Außenhülle in einem von der Außenhülle gebildeten zweiten Volumen angeordnet. Zwischen der Innenhülle und der Außenhülle ist folglich ein Kühlkanal bereitgestellt. Bevorzugt ist der Kühlkanal mit Luft gefüllt. Dadurch kann der Kühlkanal zur Isolation oder Wärmedämmung für eine von der Wandlerschaltung erzeugten Betriebswärme zwischen der Innenhülle und der Außenhülle dienen. Der Kühlkanal kann nämlich zunächst die von der Wandlerschaltung über die Innenhülle abgegebene Betriebswärme aufnehmen oder speichern. Dadurch kann ein abgeben der Betriebswärme an die Außenhülle oder die Umgebung zumindest zeitlich verzögert werden.According to one embodiment it is provided that the cooling device is implemented in that the plug connector device comprises a housing device with an inner shell and an outer shell. The housing device is thus double-walled. The aforementioned converter circuit is arranged in a first volume of the inner shell formed by the inner shell. The converter circuit is preferably attached to an inner wall of the inner shell. The inner shell is arranged at a predetermined distance from the outer shell in a second volume formed by the outer shell. A cooling channel is consequently provided between the inner shell and the outer shell. The cooling channel is preferably filled with air. As a result, the cooling channel can be used for insulation or thermal insulation for operating heat generated by the converter circuit between the inner shell and the outer shell. This is because the cooling duct can initially absorb or store the operating heat emitted by the converter circuit via the inner shell. As a result, the release of the operating heat to the outer shell or the environment can be delayed at least in time.

Zudem kann auch die Innenhülle der Gehäuseeinrichtung selbst als Kühlkörper oder Kühlplatte für die Betriebswärme der Wandlerschaltung genutzt werden. Die Innenhülle kann ebenfalls zunächst die von der Wandlerschaltung abgegebene Betriebswärme speichern oder aufnehmen, sodass eine Ableitung der Betriebswärme an die Umgebung zumindest zeitlich verzögert wird.In addition, the inner shell of the housing device itself can also be used as a heat sink or cooling plate for the operating heat of the converter circuit. The inner shell can also initially store or absorb the operating heat emitted by the converter circuit, so that a dissipation of the operating heat to the environment is at least delayed in time.

In bekannter Weise umfasst die Steckverbindervorrichtung auch einen Haltegriff oder Handgriff zum Bedienen oder Greifen für den Anwender. Vorzugsweise ist dieser nur an der Außenhülle befestigt. Besonders bevorzugt umfasst der Handgriff dabei eine Isolationsschicht oder Wärmedämmungsschicht aus einem Wärmedämmstoff, wie zum Beispiel einem geschäumten Kunststoff oder Elastomer. Die Isolationsschicht ist ausgebildet, den Benutzer beim Halten der Steckverbindervorrichtung an dem Haltegriff vor der Betriebswärme der Wandlerschaltung zu schützen.In a known manner, the connector device also comprises a handle or handle for operating or gripping by the user. This is preferably only attached to the outer shell. The handle particularly preferably comprises an insulation layer or thermal insulation layer made of a thermal insulation material, such as, for example, a foamed plastic or elastomer. The insulation layer is designed to protect the user from the operating heat of the converter circuit when the connector device is held by the handle.

Vorzugsweise ist die Gehäuseeinrichtung staub- und wasserdicht ausgebildet. Das erste Volumen und das zweite Volumen stellen somit bevorzugt fluidisch getrennte Volumen dar. Die Anschlussleitung und der Steckanschluss können jedoch aus der Innenhülle und der Außenhülle nach außen in die Umgebung geführt sein, wobei eine jeweilige Ausführöffnung in bekannter Weise wiederrum staub- und wasserdicht verschlossen sein kann.The housing device is preferably designed to be dust-tight and waterproof. The first volume and the second volume thus preferably represent fluidically separate volumes. The connection line and the plug connection can, however, be led out of the inner shell and the outer shell into the surroundings, with a respective outlet opening being closed again in a known manner in a dust-tight and watertight manner can.

Um die Steckverbindervorrichtung aktiv zu kühlen und die Betriebswärme abzuführen, ist gemäß einer weiteren Ausführungsform vorgesehen, dass die Gehäuseeinrichtung eine Lüftereinheit und wenigstens eine Austrittsöffnung umfasst. Die Lüftereinheit ist dabei bevorzugt in Bezug auf eine Einsteckrichtung der Steckverbindervorrichtung an einem Ende der Steckverbindervorrichtung in die Außenhülle eingebracht oder eingearbeitet. Die wenigstens eine Austrittsöffnung ist bevorzugt in Bezug auf die Einsteckrichtung an einem anderen Ende in die Außenhülle eingebracht oder eingearbeitet. Mittels der Lüftereinheit und der wenigstens einen Austrittsöffnung sind der Kühlkanal und die Umgebung der Steckverbindervorrichtung somit fluidisch miteinander verbunden. Zum Abführen der Betriebswärme ist die Lüftereinheit zudem ausgebildet, einen Luftstrom in eine vorbestimmte Strömungsrichtung in dem Kühlkanal zu erzeugen. Bei der Strömungsrichtung handelt es sich bevorzugt in eine Richtung entlang der Einsteckrichtung handeln. Das heißt, der Lüfter kann beispielsweise Luft aus der Umgebung ansaugen und in den Kanal einbringen. Die in den Kühlkanal eingebrachte Luft kann dann über die wenigstens eine Austrittsöffnung wieder an die Umgebung abgegeben werden. Durch das Strömen der Luft entlang des Kühlkanals kann somit die in der Innenhülle gespeicherte Betriebswärme abgeführt werden. Die Kühlung der Wandlerschaltung basiert somit insbesondere auf einer Zwangslüftung.In order to actively cool the connector device and to dissipate the operating heat, it is provided according to a further embodiment that the housing device comprises a fan unit and at least one outlet opening. The fan unit is preferably introduced or incorporated into the outer shell at one end of the connector device with respect to an insertion direction of the connector device. The at least one outlet opening is preferably introduced or worked into the outer shell at a different end with respect to the direction of insertion. By means of the fan unit and the at least one outlet opening, the cooling channel and the surroundings of the connector device are thus fluidically connected to one another. To dissipate the operating heat, the fan unit is also designed to generate an air flow in a predetermined flow direction in the cooling duct. The direction of flow is preferably a direction along the insertion direction. This means that the fan can, for example, suck in air from the environment and introduce it into the duct. The air introduced into the cooling duct can then be released back into the environment via the at least one outlet opening. As the air flows along the cooling channel, the operating heat stored in the inner shell can be dissipated. The cooling of the converter circuit is therefore based in particular on forced ventilation.

Die genannte Lüftereinheit kann bevorzugt als Axiallüfter oder besonders platzsparend als Radiallüfter ausgebildet sein. Insbesondere kann die Lüftereinheit eine Klassifizierung nach IP86 aufweisen und somit wasserdicht ausgestaltet sein.Said fan unit can preferably be designed as an axial fan or, in a particularly space-saving manner, as a radial fan. In particular, the fan unit can have a classification according to IP86 and thus be designed to be watertight.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass eine jeweilige dem Kühlkanal zugewandte Oberfläche der Innenhülle und/oder der Außenhülle zumindest in einem Bereich, in welchem die Wandlerschaltung an der Innenhülle angeordnet ist, eine Rippenstruktur und/oder eine Pin-Fin-Struktur aufweist. Bevorzugt kann die jeweilige Oberfläche jedoch vollständig entlang des gesamten Kühlkanals die Rippenstruktur und/oder Pin-Fin-Struktur aufweisen.According to a further embodiment it is provided that a respective surface of the inner shell and / or the outer shell facing the cooling channel has a rib structure and / or a pin-fin structure at least in an area in which the converter circuit is arranged on the inner shell. Preferably, however, the respective surface can have the rib structure and / or pin-fin structure completely along the entire cooling channel.

Hierdurch ergibt sich der Vorteil, die jeweilige dem Kühlkanal zugewandte Oberfläche der Innenhülle beziehungsweise Außenhülle, also eine Oberfläche einer Außenwandung der Innenhülle und/oder eine Oberfläche einer Innenwandung der Außenhülle vergrößert wird. Dadurch kann die Wärmeabfuhr noch effektiver erfolgen.This results in the advantage that the respective surface of the inner shell or outer shell facing the cooling channel, that is to say a surface of an outer wall of the inner shell and / or a surface of an inner wall of the outer shell, is enlarged. As a result, the heat can be dissipated even more effectively.

Eine weitere Verbesserung der Kühlwirkung kann auch durch eine vorteilhafte Ausgestaltung der Wandlerschaltung realisiert werden. Gemäß einer Ausführungsform weist die Wandlerschaltung dazu eine wärmeabführende Leiterplatte oder Dickkupferleiterplatte auf, welche als Trägerelement für elektronische Komponenten der Wandlerschaltung ausgestaltet ist. Eine wärmeabführende Leiterplatte kann auch als IMS-Leiterplatte (IMS: Insulated Metal Substrate; isoliertes Metallsubstrat) bezeichnet werden. Bevorzugt ist die Wandlerschaltung dabei über diese Leiterplatte an der Innenhülle angeordnet oder angebracht. Die Leiterplatte oder Platine kann somit, wie zuvor bereits für die Innenhülle beschrieben, als Kühlplatte ausgebildet sein. Das heißt, die Leiterplatte kann sowohl zum Kühlen als auch als Trägerelement, also zum Verschalten der elektronischen Komponenten oder Bauteile der Wandlerschaltung, dienen. Bevorzugt sind die elektronischen Komponenten dabei an einer Oberseite, also an einer der Innenseite der Innenhülle abgewandten Oberfläche angebracht und die Leiterplatte ist mit einer Unterseite, also mit einer der Innenseite der Innenhülle zugewandten Oberfläche, an der Innenhülle befestigt oder angebracht.A further improvement in the cooling effect can also be achieved through an advantageous embodiment of the converter circuit. According to one embodiment, the converter circuit has for this purpose a heat-dissipating circuit board or thick copper circuit board, which is designed as a carrier element for electronic components of the converter circuit. A heat-dissipating circuit board can also be referred to as an IMS circuit board (IMS: Insulated Metal Substrate). The converter circuit is preferably arranged or attached to the inner shell via this printed circuit board. The printed circuit board or circuit board can thus, as already described above for the inner shell, be designed as a cooling plate. This means that the circuit board can serve both for cooling and as a carrier element, that is to say for interconnecting the electronic components or parts of the converter circuit. The electronic components are preferably attached to an upper side, that is to say on a surface facing away from the inside of the inner shell, and the circuit board is fastened or attached to the inner shell with an underside, that is to say with a surface facing the inner side of the inner shell.

Zu den Komponenten der Wandlerschaltung können zum Beispiel Kondensatoren, Induktivitäten, Widerstände, Halbleiterbauelemente, wie MOSFETs (Metal-Oxide-Semiconductor-Field-Effect-Transistor) oder Dioden, zählen. Die Komponenten können dabei in vorbestimmter Weise miteinander verschaltet sein, sodass sich die Wandlerschaltung ergibt.The components of the converter circuit can include, for example, capacitors, inductors, resistors, semiconductor components such as MOSFETs (metal oxide semiconductor field effect transistors) or diodes. The components can be connected to one another in a predetermined manner, so that the converter circuit results.

Um das Ableiten oder Abführen der Betriebswärme der Wandlerschaltung weiter zu verbessern, ist die Wandlerschaltung gemäß einer weiteren Ausführungsform bevorzugt über ein Kühlelement an der Innenhülle angeordnet. Das Kühlelement kann dabei beispielsweise als Wärmeleitpaste oder Wärmeleitkleber oder Wärmeleitpad oder Wärmeleitfolie ausgebildet sein. Dadurch kann eine thermische Ankopplung der Wandlerschaltung und der Innenhülle verbessert werden. Das Kühlelement kann auch als Thermal Interface Material (TIM; Thermisches Schnittstellenmaterial) bezeichnet werden.In order to further improve the dissipation or dissipation of the operating heat of the converter circuit, the converter circuit according to a further embodiment is preferably arranged on the inner shell via a cooling element. The cooling element can be designed, for example, as a heat-conducting paste or heat-conducting adhesive or heat-conducting pad or heat-conducting film. In this way, thermal coupling of the converter circuit and the inner shell can be improved. The cooling element can also be referred to as thermal interface material (TIM; thermal interface material).

Im Folgenden wird nun noch einmal näher auf die Übertragungselektronik eingegangen. Gemäß einer Ausführungsform umfasst die Übertragungselektronik noch einen zusätzlichen weiteren Steckanschluss. Dieser Steckanschluss ist dabei mit der Anschlussleitung elektrisch gekoppelt und ausgebildet, die über die Anschlussleitung zugeführte elektrische Wechselspannung an die Batterievorrichtung bereitzustellen. Somit kann die Steckverbindervorrichtung insbesondere als CCS-Kupplung (CCS: Combined Charging System; kombiniertes Ladesystem) ausgebildet sein. Dadurch kann mittels der Steckvorrichtung sowohl ein AC-Laden, also ein Laden mittels Wechselspannung, als auch ein DC-Laden, also ein Laden mittels Gleichspannung, bereitgestellt werden.The transmission electronics will now be discussed in more detail below. According to one embodiment, the transmission electronics also comprise an additional further plug connection. This plug connection is electrically coupled to the connection line and is designed to provide the electrical alternating voltage supplied via the connection line to the battery device. Thus, the connector device can be designed in particular as a CCS coupling (CCS: Combined Charging System; combined charging system). As a result, both AC charging, that is to say charging by means of alternating voltage, and DC charging, that is to say charging by means of direct voltage, can be provided by means of the plug-in device.

Bisher wurde davon ausgegangen, dass die elektrische Wechselspannung einphasig der Anschlussleitung zugeführt wird. Um aber ein gleichzeitiges oder gemeinsames AC-Laden und DC-Laden zu realisieren, ist die Anschlussleitung gemäß einer weiteren Ausführungsform zum Zuführen einer mehrphasigen elektrischen Wechselspannung ausgebildet. Eine der Phasen ist dabei elektrisch mit der Wandlerschaltung gekoppelt und wenigstens eine der übrigen beiden Phasen ist mit dem vorgenannten weiteren Steckanschluss elektrisch gekoppelt. Die in der mit der Wandlerschaltung gekoppelte Phase geführte elektrische Wechselspannung kann somit in der Steckverbindervorrichtung direkt in die elektrische Gleichspannung gewandelt werden. Hingegen kann die in wenigstens einer der beiden übrigen Phasen geführte elektrische Wechselspannung als elektrische Wechselspannung über den weiteren Steckanschluss an das Kraftfahrzeug bereitgestellt werden. Zum Wandeln dieser übertragenen Wechselspannung umfasst das Kraftfahrzeug dann erneut wiederum den eingangs beschriebenen On-Bord-Charger. Dessen Dimensionierung brauch jedoch nur zum Wandeln der Wechselspannung zweier Phasen ausgestaltet sein. Somit kann auch hier ein Bauraumbedarf des On-Bord-Chargers reduziert werden. Die Wandlerschaltung ist somit zu dem On-Bord-Lader elektrisch parallel geschaltet ausgebildet.So far it has been assumed that the electrical alternating voltage is fed to the connection line in one phase. However, in order to realize simultaneous or joint AC charging and DC charging, the connection line is designed according to a further embodiment for supplying a polyphase electrical alternating voltage. One of the phases is electrically coupled to the converter circuit and at least one of the other two phases is electrically coupled to the aforementioned further plug connection. The electrical alternating voltage carried in the phase coupled to the converter circuit can thus be converted directly into the electrical direct voltage in the connector device. In contrast, the electrical alternating voltage carried in at least one of the two remaining phases can be provided as electrical alternating voltage via the further plug connection to the motor vehicle. To convert this transmitted alternating voltage, the motor vehicle then again includes the on-board charger described at the beginning. However, its dimensioning only needs to be designed for converting the alternating voltage of two phases. In this way, the space required for the on-board charger can also be reduced here. The converter circuit is thus designed to be electrically connected in parallel with the on-board charger.

Bevorzugt umfasst die Übertragungselektronik auch ein Steuergerät, welches eine Kommunikation zwischen dem Kraftfahrzeug und der Steckverbindervorrichtung bereitstellt und überwacht und die Wandlerschaltung, insbesondere die elektronischen Komponenten der Wandlerschaltung, steuert und regelt.The transmission electronics preferably also include a control device which provides and monitors communication between the motor vehicle and the connector device and controls and regulates the converter circuit, in particular the electronic components of the converter circuit.

Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Betreiben einer Steckverbindervorrichtung, wie sie zuvor beschrieben wurde. Mittels der Steckverbindervorrichtung wird dabei ein Koppeln und ein Übertragen der elektrischen Energie von der Steckverbindervorrichtung an die Batterievorrichtung des Kraftfahrzeugs bereitgestellt. Das Übertragen der elektrischen Energie erfolgt dabei mittels der vorgenannten Übertragungselektronik der Steckverbindervorrichtung. Zum Betreiben der Steckverbindervorrichtung wird dabei zunächst in einem ersten Schritt die von der Energieübertragungsvorrichtung bereitgestellte elektrische Wechselspannung mittels einer Anschlussleitung der Übertragungselektronik zugeführt. In einem zweiten Schritt wird die Anschlussleitung mit der Wandlerschaltung der Übertragungselektronik elektrisch gekoppelt. Die Wandlerschaltung wandelt dann die zugeführte elektrische Wechselspannung in die elektrische Gleichspannung. In einem dritten Schritt wird der Steckanschluss der Übertragungselektronik dann mit der Wandlerschaltung gekoppelt. Schließlich wird die mit der Wandlerschaltung gewandelte elektrische Gleichspannung mittels des Steckanschlusses an den mit dem Steckanschluss gekoppelten Steckanschluss der Batterievorrichtung bereitgestellt.The invention also relates to a method for operating a connector device as described above. By means of the connector device, coupling and transmission of the electrical energy from the connector device to the battery device of the motor vehicle is provided. The electrical energy is transmitted by means of the aforementioned transmission electronics of the connector device. To operate the plug connector device, in a first step the electrical alternating voltage provided by the energy transmission device is first fed to the transmission electronics by means of a connecting line. In a second step, the connection line is electrically coupled to the converter circuit of the transmission electronics. The converter circuit then converts the supplied electrical alternating voltage into electrical direct voltage. In In a third step, the plug connection of the transmission electronics is then coupled to the converter circuit. Finally, the electrical direct voltage converted with the converter circuit is provided by means of the plug connection to the plug connection of the battery device that is coupled to the plug connection.

Zu der Erfindung gehören auch Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens, die Merkmale aufweisen, wie sie bereits im Zusammenhang mit den Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Steckverbindervorrichtung beschrieben worden sind. Aus diesem Grund sind die entsprechenden Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens hier nicht noch einmal beschrieben.The invention also includes further developments of the method according to the invention which have features as they have already been described in connection with the further developments of the plug connector device according to the invention. For this reason, the corresponding developments of the method according to the invention are not described again here.

Die Erfindung umfasst auch die Kombinationen der Merkmale der beschriebenen Ausführungsformen.The invention also includes the combinations of the features of the described embodiments.

Im Folgenden sind Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben. Hierzu zeigt:

1 eine schematische Schnittdarstellung einer Steckverbindervorrichtung aus einer Seitansicht, zum Koppeln und Übertragen von elektrischer Energie von einer Energieübertragungsvorrichtung an eine Batterievorrichtung eines Kraftfahrzeugs ausgebildet ist und eine Wandlerschaltung zum Wandeln einer von der elektrischen Energieübertragungsvorrichtung bereitgestellten elektrischen Wechselspannung in eine elektrische Gleichspannung zum Bereitstellen an die Batterievorrichtung aufweist;
2 eine schematische Schaltskizze einer Übertragungselektronik der Steckverbindervorrichtung, welche die Wandlerschaltung umfasst; und
3 eine schematische Schaltskizze der Wandlerschaltung; und
4 ein schematisches Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Betreiben einer derartigen Steckverbindervorrichtung.

Exemplary embodiments of the invention are described below. This shows:

1 a schematic sectional view of a connector device from a side view, designed for coupling and transferring electrical energy from an energy transfer device to a battery device of a motor vehicle and having a converter circuit for converting an electrical AC voltage provided by the electrical energy transfer device into an electrical DC voltage for supply to the battery device;
2 a schematic circuit diagram of a transmission electronics of the connector device, which comprises the converter circuit; and
3 a schematic circuit diagram of the converter circuit; and
4th a schematic flow diagram of a method for operating such a connector device.

Bei den im Folgenden erläuterten Ausführungsbeispielen handelt es sich um bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung. Bei den Ausführungsbeispielen stellen die beschriebenen Komponenten der Ausführungsformen jeweils einzelne, unabhängig voneinander zu betrachtende Merkmale der Erfindung dar, welche die Erfindung jeweils auch unabhängig voneinander weiterbilden. Daher soll die Offenbarung auch andere als die dargestellten Kombinationen der Merkmale der Ausführungsformen umfassen. Des Weiteren sind die beschriebenen Ausführungsformen auch durch weitere der bereits beschriebenen Merkmale der Erfindung ergänzbar.The exemplary embodiments explained below are preferred embodiments of the invention. In the exemplary embodiments, the described components of the embodiments each represent individual features of the invention which are to be considered independently of one another and which also further develop the invention in each case independently of one another. Therefore, the disclosure is intended to include combinations of the features of the embodiments other than those shown. Furthermore, the described embodiments can also be supplemented by further features of the invention that have already been described.

In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen jeweils funktionsgleiche Elemente.In the figures, the same reference symbols denote functionally identical elements.

1 zeigt eine schematische Schnittdarstellung einer Steckverbindervorrichtung 10 aus einer Seitperspektive. Die Funktion der Steckverbindervorrichtung 10 ist es dabei, eine elektrische Energieübertragungsvorrichtung, wie beispielsweise eine Ladestation oder Ladeinfrastruktur oder Ladesäule, mit einem Kraftfahrzeug, insbesondere einer Batterievorrichtung, wie beispielsweise einer Antriebsbatterie, des Kraftfahrzeugs zu koppeln. Mit Koppeln ist dabei sowohl ein mechanisches als auch ein elektrisches Verbinden gemeint. Dadurch kann elektrische Energie von der Energieübertragungsvorrichtung an die Batterievorrichtung und umgekehrt übertragen werden. Das heißt, die Batterievorrichtung des Kraftfahrzeugs kann geladen oder entladen werden. 1 shows a schematic sectional view of a connector device 10 from a side perspective. The function of the connector device 10 it is to couple an electrical energy transmission device, such as a charging station or charging infrastructure or charging column, to a motor vehicle, in particular a battery device, such as a drive battery, of the motor vehicle. Coupling means both a mechanical and an electrical connection. As a result, electrical energy can be transmitted from the energy transmission device to the battery device and vice versa. That is, the battery device of the automobile can be charged or discharged.

Zum Übertragen der elektrischen Energie weist die Steckverbindervorrichtung 10 eine Übertragungselektronik 20 auf. Mittels der Übertragungselektronik 20 kann somit die von der Energieübertragungsvorrichtung bereitgestellte elektrische Energie erfasst und weitergeleitet und an die Batterievorrichtung bereitgestellt werden. Zum Anschließen oder elektrischen Verbinden mit der Energieübertragungsvorrichtung umfasst die Übertragungselektronik 20 eine Anschlussleitung 21. Die Anschlussleitung 21 ist zum Zuführen oder Erfassen der von der Energieübertragungsvorrichtung bereitgestellten elektrischen Energie ausgebildet. Die elektrische Energie kann beispielsweise als elektrische Gleichspannung oder als elektrische Wechselspannung von der Energieübertragungsvorrichtung zugeführt werden.To transmit the electrical energy, the connector device 10 a transmission electronics 20th on. By means of the transmission electronics 20th the electrical energy provided by the energy transmission device can thus be detected and forwarded and provided to the battery device. The transmission electronics comprise for connecting or electrically connecting to the energy transmission device 20th a connection line 21 . The connecting cable 21 is designed for supplying or detecting the electrical energy provided by the energy transmission device. The electrical energy can for example be supplied as electrical direct voltage or as electrical alternating voltage from the energy transmission device.

Zum Koppeln mit der Batterievorrichtung weist die Übertragungselektronik zudem wenigstens einen Steckanschluss mit wenigstens zwei Steckkontakten auf. Vorliegend ist die Steckverbindervorrichtung 10 als Combo-Typ-2-Ladestecker oder CCS-Ladestecker ausgebildet. Dementsprechend weist die Übertragungselektronik einen ersten Steckanschluss 22 und einen zweiten Steckanschluss 23 auf. Der erste Steckanschluss 22 ist dabei als Wechselspannungssteckanschluss oder DC-Steckanschluss ausgebildet. Der erste Steckanschluss 22 ist somit ausgebildet, eine elektrische Gleichspannung an die Batterievorrichtung bereitzustellen. Der zweite Steckanschluss 23 ist vorliegend hingegen als Wechselspannungssteckanschluss oder AC-Steckanschluss ausgebildet. Somit ist der zweite Steckanschluss 23 ausgebildet, eine elektrische Wechselspannung an die Batterievorrichtung bereitzustellen.For coupling with the battery device, the transmission electronics also have at least one plug connection with at least two plug contacts. The present is the connector device 10 designed as a combo type 2 charging plug or CCS charging plug. The transmission electronics accordingly have a first plug connection 22nd and a second plug connector 23 on. The first plug connection 22nd is designed as an AC plug connection or DC plug connection. The first plug connection 22nd is thus designed to provide a DC electrical voltage to the battery device. The second plug connection 23 In the present case, however, it is designed as an alternating voltage plug connection or AC plug connection. This is the second plug connection 23 designed to provide an electrical AC voltage to the battery device.

Zusätzlich kann die Übertragungselektronik 20 anschlussleitungsseitig und steckanschlussseitig Sicherungselemente aufweisen, um die Übertragungselektronik 20 beziehungsweise die Batterievorrichtung des Kraftfahrzeugs vor einem Überstrom zu schützen.In addition, the transmission electronics 20th Have fuse elements on the connection line side and plug connection side to the transmission electronics 20th or the To protect the battery device of the motor vehicle from an overcurrent.

Zum Übertragen oder Weiterleiten der elektrischen Energie von der Anschlussleitung an den jeweiligen Steckanschluss 22, 23 weist die Übertragungselektronik zudem bevorzugt elektrische oder elektronische Bauteile oder Komponenten auf, die in einer Übertragungsschaltung 24 miteinander verschaltet sind. Die Übertragungsschaltung 24 kann beispielsweise einen elektrische Filterschaltung zum Filtern oder Glätten der Gleichspannung umfassen. Bevorzugt umfasst die Übertragungsschaltung 24 auch ein Steuergerät, welches beispielsweise einen Mikrocontroller aufweisen kann. Das Steuergerät ist insbesondere zum Überwachen der elektrischen Energieübertragung und einer Kommunikation zwischen der Batterievorrichtung und der Energieübertragungsvorrichtung im Ladebetrieb, also während des Übertragens der elektrischen Energie, ausgebildet.For transmitting or forwarding the electrical energy from the connection line to the respective plug connection 22nd , 23 if the transmission electronics also preferably have electrical or electronic parts or components that are in a transmission circuit 24 are interconnected. The transmission circuit 24 can for example comprise an electrical filter circuit for filtering or smoothing the DC voltage. The transmission circuit preferably comprises 24 also a control device, which can have a microcontroller, for example. The control device is designed in particular to monitor the electrical energy transfer and communication between the battery device and the energy transfer device in the charging mode, that is to say while the electrical energy is being transferred.

Wie in 1 gezeigt, ist die Übertragungselektronik 20 dabei in einer Gehäuseeinrichtung 30 der Steckverbindervorrichtung 10 angeordnet. Zum Schutz vor Staub und Flüssigkeit der Übertragungselektronik 20 ist die Gehäuseeinrichtung 30 dabei bevorzugt staub- und wasserdicht ausgebildet. Lediglich die Anschlussleitung 21 und der erste Steckanschluss 22 und der zweite Steckanschluss 23 sind zum Koppeln mit der Batterievorrichtung oder der Energieübertragungsvorrichtung aus der Gehäuseeinrichtung 30 heraus an die Umgebung U geführt. Zur einfacheren Handhabung, also beispielsweise zum Einstecken der Steckverbindervorrichtung 10 in eine vorbestimmten Einsteckrichtung R an das Kraftfahrzeug umfasst die Gehäuseeinrichtung 30 in bekannter Weise auch noch einen Handgriff 34. Auf die weiteren Ausgestaltung der Gehäuseeinrichtung 30 wird im späteren Verlauf noch einmal näher eingegangen.As in 1 shown is the transmission electronics 20th while in a housing device 30th the connector device 10 arranged. To protect the transmission electronics from dust and liquids 20th is the housing device 30th preferably designed to be dust-tight and waterproof. Only the connection cable 21 and the first plug connector 22nd and the second plug connector 23 are for coupling with the battery device or the energy transmission device from the housing device 30th led out to the U environment. For easier handling, for example for plugging in the connector device 10 The housing device comprises in a predetermined insertion direction R on the motor vehicle 30th in a known way also a handle 34 . On the further configuration of the housing device 30th will be discussed in more detail later.

Wie zuvor beschrieben, stellt die Energieübertragungsvorrichtung die elektrische Energie entweder als elektrische Wechselspannung oder als elektrische Gleichspannung über die Anschlussleitung 21 an die Steckverbindervorrichtung 10 bereit. Bei einer bereitgestellten elektrischen Gleichspannung kann die elektrische Energie dabei beispielsweise direkt mittels der Übertragungsschaltung 24 der Übertragungselektronik 20 an den ersten Steckanschluss 22 übertragen und so an die Batterievorrichtung bereitgestellt werden. Wird die Anschlussleitung hingegen mit einer Wechselspannung beaufschlagt, ist es nötig, die elektrische Wechselspannung zum Laden der Batterievorrichtung in eine elektrische Gleichspannung zu wandeln.As described above, the energy transmission device provides the electrical energy either as electrical alternating voltage or as electrical direct voltage via the connection line 21 to the connector device 10 ready. When an electrical direct voltage is provided, the electrical energy can be used directly by means of the transmission circuit 24 the transmission electronics 20th to the first plug connection 22nd transmitted and so provided to the battery device. If, on the other hand, an AC voltage is applied to the connection line, it is necessary to convert the electrical AC voltage into an electrical DC voltage for charging the battery device.

Bisher erfolgte das Wandeln mittels eines sogenannten On-Bord-Chargers des Kraftfahrzeugs. Dementsprechend wird die an der Anschlussleitung 21 bereitgestellte elektrische Wechselspannung in bisherigen Steckverbindervorrichtungen mittels der Übertragungsschaltung 24 direkt an den zweiten Steckanschluss 23 übertragen und weiterhin eine elektrische Wechselspannung an die Batterievorrichtung bereitgestellt. Dieser On-Bord-Charger weist dabei jedoch einen erhöhten Platzbedarf oder Bauraumbedarf auf. Deshalb soll das Laden für zukünftige Elektrofahrzeuge oder Hybridfahrzeuge, also Kraftfahrzeuge mit der vorgenannten Batterievorrichtung als Antriebsbatterie auf ein Wechselspannungsladen oder DC-Laden beschränkt werden.So far, the conversion has been carried out by means of a so-called on-board charger of the motor vehicle. The corresponding to the connection line 21 electrical alternating voltage provided in previous connector devices by means of the transmission circuit 24 directly to the second plug connection 23 transmitted and further provided an electrical alternating voltage to the battery device. However, this on-board charger has an increased space requirement or installation space requirement. Therefore, charging for future electric vehicles or hybrid vehicles, that is to say motor vehicles with the aforementioned battery device as the drive battery, should be limited to AC charging or DC charging.

Um nun aber die Batterievorrichtung weiterhin beispielsweise an einem Hausanschluss oder eine Wechselspannungsenergieübertragungsvorrichtung laden zu können, ist, wie in 1 gezeigt, vorgesehen, dass die Steckverbindervorrichtung 10 die Wandlung der Wechselspannung in die Gleichspannung vornimmt. Dazu umfasst die Übertragungselektronik 20 zudem noch eine Wandlerschaltung 25, die ausgebildet ist, die zugeführte elektrische Wechselspannung in die elektrische Gleichspannung zu wandeln. Die Wandlerschaltung 25 ist dabei zum einen auf einer Seite mit der Anschlussleitung und auf einer anderen Seite mit dem ersten Steckanschluss 22 elektrisch gekoppelt oder verbunden. Das heißt, die über die Anschlussleitung 21 erfasste Wechselspannung wird über die Wandlerschaltung 25 gewandelt und dem zweiten Steckanschluss 22 als elektrische Gleichspannung zugeführt. Die Übertragungsschaltung 24 und insbesondere der Mikrocontroller der Übertragungsschaltung 24 übernimmt dabei weiterhin die Überwachung und die Kommunikation zwischen der Energieübertragungsvorrichtung und der Batterievorrichtung und ist weiterhin zum Steuern und Regeln und Überwachen der Wandlerschaltung 25 ausgebildet. Die Wandlerschaltung kann beispielsweise als Netzteil ausgebildet sein und zum Wandeln der elektrischen Energie einen AC/DC-Wandler oder Gleichrichter aufweisen. Die Wandlerschaltung kann somit die Funktion des On-Bord-Chargers des Kraftfahrzeugs übernehmen, sodass der On-Bord-Charger im Fahrzeug entweder vollständig entfallen oder dessen elektrische Komponenten und somit auch dessen Bauraumbedarf deutlich reduziert werden kann.However, in order to be able to continue charging the battery device, for example at a house connection or an AC voltage energy transmission device, it is possible, as in FIG 1 shown, provided that the connector device 10 converts the alternating voltage into direct voltage. This includes the transmission electronics 20th also a converter circuit 25th , which is designed to convert the supplied electrical AC voltage into the electrical DC voltage. The converter circuit 25th is on the one hand with the connecting cable and on the other hand with the first plug connection 22nd electrically coupled or connected. That is, the one via the connecting cable 21 AC voltage is detected via the converter circuit 25th converted and the second plug connection 22nd supplied as electrical DC voltage. The transmission circuit 24 and in particular the microcontroller of the transmission circuit 24 continues to take over the monitoring and communication between the energy transmission device and the battery device and is also used to control and regulate and monitor the converter circuit 25th educated. The converter circuit can, for example, be designed as a power supply unit and have an AC / DC converter or rectifier for converting the electrical energy. The converter circuit can thus take over the function of the on-board charger of the motor vehicle, so that the on-board charger in the vehicle can either be completely eliminated or its electrical components and thus also its space requirements can be significantly reduced.

Zur Ausgestaltung der Übertragungselektronik 20 mit der Wandlerschaltung 25 zeigt 2 noch einmal eine schematische Darstellung einer Schaltskizze. Wie in 2 gezeigt, kann die Übertragungselektronik beispielsweise zum Zuführen einer einphasigen Wechselspannung U1 ausgebildet sein. Dazu umfasst die Anschlussleitung 21 der Übertragungselektronik 20 einen ersten Phasenleiter L1 mit einem ersten Potential und einen Neutralleiter N mit einem Bezugspotential. Die Wechselspannung U1 kann dabei über den ersten Phasenleiter L1 und den Neutralleiter N bereitgestellt sein. Über die Wandlerschaltung 25, welche einen AC/DC-Wandler umfasst, ist die Anschlussleitung dabei mit dem ersten Steckanschluss 22 elektrisch gekoppelt oder verbunden. Der erste Steckanschluss 22 umfasst dabei, wie eingangs beschrieben, zwei Steckkontakte, welche gemäß 2 als erster Steckkontakt DC+ mit einem ersten Potential und einem zweite Steckkontakt DC- mit einem zweiten Potential ausgebildet sind. Mittels der Wandlerschaltung 25 kann somit die Wechselspannung U1 in die Gleichspannung U2, welche zwischen dem ersten Anschlusskontakt DC+ und dem zweiten Anschlusskontakt DC- abfällt, bereitgestellt werden.For the design of the transmission electronics 20th with the converter circuit 25th shows 2 again a schematic representation of a circuit diagram. As in 2 shown, the transmission electronics can, for example, for supplying a single-phase alternating voltage U1 be trained. This includes the connecting cable 21 the transmission electronics 20th a first phase conductor L1 with a first potential and a neutral conductor N with a reference potential. The alternating voltage U1 can use the first phase conductor L1 and the neutral conductor N must be provided. About the Converter circuit 25th , which includes an AC / DC converter, is the connection line with the first plug connector 22nd electrically coupled or connected. The first plug connection 22nd comprises, as described above, two plug contacts, which according to 2 are designed as a first plug contact DC + with a first potential and a second plug contact DC- with a second potential. By means of the converter circuit 25th can thus the alternating voltage U1 into DC voltage U2 , which drops between the first connection contact DC + and the second connection contact DC-, are provided.

Wie in 2 gezeigt, umfasst die Übertragungselektronik 20 zusätzlich noch einen Schutzleiter PE, welcher zum Schutzpotentialausgleich der Übertragungselektronik 20 dient. Die Überwachung der Wechselspannung U1 und der Gleichspannung U2 und die Steuerung der elektronischen Komponenten der Wandlerschaltung 25 wird dabei, wie in 2 strichliert gezeigt, von der vorgenannten Übertragungsschaltung 24, insbesondere von dem Mikrocontroller, übernommen.As in 2 shown includes the transmission electronics 20th In addition, a protective conductor PE, which is used for equipotential bonding of the transmission electronics 20th serves. Monitoring the AC voltage U1 and the DC voltage U2 and the control of the electronic components of the converter circuit 25th will, as in 2 shown in phantom, of the aforementioned transmission circuit 24 , in particular by the microcontroller, taken over.

Gemäß dem Ausführungsbeispiel in 2 ist es jedoch auch möglich, die Anschlussleitung 21 mit einer dreiphasigen Wechselspannung zu beaufschlagen. Dazu umfasst die Übertragungselektronik 20 zusätzlich zu den zuvor beschriebenen Komponenten noch zwei weitere Phasenleiter, nämlich einen zweiten Phasenleiter L2 mit einem zweiten Potential und einen dritten Phasenleiter L3 mit einem dritten Potential. Zwischen dem zweiten Phasenleiter L2 und dem Neutralleiter N fällt dabei eine zur Wechselspannung U1 phasenverschobene Wechselspannung U3 ab und zwischen dem dritten Phasenleiter L3 und dem Neutralleiter N fällt eine zu der ersten Wechselspannung U1 und der zweiten Wechselspannung U3 phasenverschobene Wechselspannung U4 ab. Vorzugsweise sind die Wechselspannungen U1, U3 und U4 dabei 120°Grad phasenverschoben zueinander. Der zweite und dritte Phasenleiter L2 und L3 der Anschlussleitung 21 sind dabei bevorzugt direkt oder über die Übertragungsschaltung 24 zu dem zweiten Steckanschluss 23 durchgeschleift. Der Phasenanschluss L2 und der Phasenanschluss L3 bilden somit ebenfalls Steckkontakte des zweiten Steckanschlusses 23 aus. Um das Vorhandensein einer Steckverbindung, also die elektrisch leitende Verbindung, zwischen der Batterievorrichtung und der Energieübertragungsvorrichtung über die Steckverbindervorrichtung 10 feststellen zu können, weist der zweite Steckanschluss 23 zusätzlich in bekannter Weise noch eine Proximity Pilote Leitung PP und zum Austauschen von Steuersignalen eine Control Pilote Leitung CP auf. Diese sind dabei bevorzugt an die Übertragungsschaltung 24 angeschlossen.According to the embodiment in 2 however, it is also possible to use the connecting cable 21 to apply a three-phase alternating voltage. This includes the transmission electronics 20th in addition to the components described above, two further phase conductors, namely a second phase conductor L2 with a second potential and a third phase conductor L3 with a third potential. Between the second phase conductor L2 and the neutral conductor N falls with an alternating voltage U1 phase-shifted alternating voltage U3 from and between the third phase conductor L3 and the neutral conductor N drops one to the first alternating voltage U1 and the second alternating voltage U3 phase-shifted alternating voltage U4 away. The alternating voltages are preferred U1 , U3 and U4 120 ° degrees out of phase with each other. The second and third phase conductors L2 and L3 the connecting cable 21 are preferred directly or via the transmission circuit 24 to the second plug connection 23 looped through. The phase connection L2 and the phase connection L3 thus also form plug contacts of the second plug connection 23 the end. To the presence of a plug connection, i.e. the electrically conductive connection, between the battery device and the energy transmission device via the plug connector device 10 to be able to determine, has the second plug connection 23 in addition, in a known manner, a proximity pilot line PP and a control pilot line CP for exchanging control signals. These are preferred to the transmission circuit 24 connected.

Die Wandlerschaltung 25 und die Übertragungsschaltung 24 können dabei, wie in 1 gezeigt, eine Leiterplatte 24a, 25a als Trägerelement für elektronische Bauteile oder Komponenten 24b, 25b der Übertragungsschaltung 24 beziehungsweise der Wandlerschaltung 25 umfassen. Als elektronische Komponenten 25b der Wandlerschaltung 25 können zum Beispiel Halbleiterschalter, Dioden, Kondensatoren und/oder elektrische Induktivitäten vorliegen.The converter circuit 25th and the transmission circuit 24 can, as in 1 shown a circuit board 24a , 25a as a carrier element for electronic parts or components 24b , 25b the transmission circuit 24 or the converter circuit 25th include. As electronic components 25b the converter circuit 25th For example, semiconductor switches, diodes, capacitors and / or electrical inductances can be present.

Die 3 zeigt beispielhaft eine mögliche Ausgestaltung einer Schaltskizze der Wandlerschaltung 25. Die Wandlerschaltung 25 umfasst dabei einen Eingangsanschluss 251, über welchen die Wandlerschaltung 25 an die Anschlussleitung 21 elektrisch angeschlossen ist. Über den Eingangsanschluss 251 kann somit die über die Anschlussleitung 21 zugeführte Wechselspannung U1 beaufschlagt werden. Zum Filtern der Wechselspannung U1 umfasst die Wandlerschaltung 25 zusätzlich weiterhin einen Eingangsfilter 252. Zum Wandeln der gefilterten Wechselspannung ist an den Eingangsfilter 252 ein AC/DC-Wandler 253 angeschlossen. Der AC/DC-Wandler 253 ist bevorzugt bidirektional ausgebildet. Über einen Glättungskondensator 254 ist der AC/DC-Wandler 253 mit einem bidirektionalen DC/DC-Wandler 255 gekoppelt. Der DC/DC-Wandler 255 ist vorliegend als galvanisch getrennter DC/DC-Wandler ausgebildet. In einer alternativen Ausgestaltung könnte auf die galvanische Trennung jedoch auch verzichtet werden. An den DC/DC-Wandler ist wiederum ein Ausgangsfilter 256 angeschlossen, über den die gewandelte Wechselspannung U1 erneut gefiltert werden kann. Als Ausgangsanschluss der Wandlerschaltung am Ausgang der Wandlerschaltung 25 ist schließlich ein Ausgangsanschluss 257 vorgesehen. Über diesen Ausgangsanschluss 257 kann schließlich die gewandelte elektrische Gleichspannung U2 bereitgestellt werden.the 3 shows an example of a possible configuration of a circuit diagram of the converter circuit 25th . The converter circuit 25th comprises an input connection 251 , via which the converter circuit 25th to the connection line 21 is electrically connected. Via the input connector 251 can thus use the connecting cable 21 AC voltage supplied U1 be applied. For filtering the alternating voltage U1 includes the converter circuit 25th additionally an input filter 252 . The input filter is used to convert the filtered AC voltage 252 an AC / DC converter 253 connected. The AC / DC converter 253 is preferably designed to be bidirectional. Via a smoothing capacitor 254 is the AC / DC converter 253 with a bidirectional DC / DC converter 255 coupled. The DC / DC converter 255 is in the present case designed as a galvanically separated DC / DC converter. In an alternative embodiment, however, galvanic isolation could also be dispensed with. There is an output filter on the DC / DC converter 256 connected through which the converted AC voltage U1 can be filtered again. As an output connection of the converter circuit at the output of the converter circuit 25th is an output port after all 257 intended. Via this output connector 257 can finally convert the electrical direct voltage U2 to be provided.

Wie in 3 gezeigt, kann es beim bestimmungsgemäßen Betrieb der Wandlerschaltung, also im Ladebetrieb oder beim Übertragen der elektrischen Energie, zur Entstehung von Betriebswärme W aufgrund einer von der Wandlerschaltung 25 erzeugten Verlustleistung kommen. Wird zum Beispiel mittels der Wechselspannung U1 eine Ladeleistung von etwa 3.500 Watt bereitgestellt, ergibt sich bei einem durchschnittlichen Wirkungsgrad der Wandlerschaltung 25 von 95 % eine Verlustleistung von etwa 175 Watt, die in die vorgenannte Betriebswärme umgesetzt wird. Im Ladebetrieb kann sich die Wandlerschaltung dabei auf bis zu 125 Grad Celsius erwärmen. Insgesamt soll die Steckverbindervorrichtung 10 aus Gründen des Berührschutzes für den Anwender einen vorbestimmten Temperaturwert, zum Beispiel von 50 Grad Celsius, nicht überschreiten. Somit ist eine Kühlung der Wandlerschaltung beziehungsweise eine Entwärmung der Wandlerschaltung erforderlich. Dazu umfasst die Steckverbindervorrichtung 10, wie in 1 gezeigt, eine luftbasierte Kühleinrichtung zum Kühlen oder Temperieren der Wandlerschaltung 25. Die Kühleinrichtung ist dabei durch eine vorteilhafte Ausgestaltung der zuvor beschriebenen Gehäuseeinrichtung 30 der Steckverbindervorrichtung 10 realisiert. Vorliegend ist die Gehäuseeinrichtung 30 dabei doppelwandig ausgebildet. Das heißt, sie weist eine Innenhülle 31 und eine Außenhülle 32 auf. Die Innenhülle 31 bildet dabei einen Bauraum oder ein erstes Volumen für die Übertragungselektronik 20. Durch die Außenhülle 32 ist ein zweites Volumen V2 eingeschlossen, in welchem die Innenhülle in angeordnet ist. Die Außenhülle 32 umschließt somit die Innenhülle 31. Eine Innenwandung 32a der Außenhülle 32 und eine Außenwandung 31b der Innenhülle 31 weisen dabei einen vorbestimmten Abstand zueinander. Durch diesen Abstand ist ein Kühlkanal 33 zum Kühlen der Wandlerschaltung gebildet. An der Außenhülle ist für eine einfachere Handhabung für einen Benutzer zudem noch ein vorgenannte Haltegriff 34 angebracht.As in 3 As shown, when the converter circuit is operated as intended, that is to say in charging mode or when the electrical energy is being transferred, operating heat W can be generated due to an output from the converter circuit 25th generated power loss come. For example, by means of the alternating voltage U1 Providing a charging power of around 3,500 watts results from an average efficiency of the converter circuit 25th 95% a power loss of about 175 watts, which is converted into the aforementioned operating heat. During charging, the converter circuit can heat up to 125 degrees Celsius. Overall, the connector device 10 For reasons of contact protection for the user, do not exceed a predetermined temperature value, for example 50 degrees Celsius. This means that the converter circuit is cooled or the converter circuit is cooled necessary. To this end, the connector device comprises 10 , as in 1 shown, an air-based cooling device for cooling or temperature control of the converter circuit 25th . The cooling device is an advantageous embodiment of the housing device described above 30th the connector device 10 realized. The present case is the housing device 30th thereby double-walled. That is, it has an inner shell 31 and an outer shell 32 on. The inner shell 31 forms an installation space or a first volume for the transmission electronics 20th . Through the outer shell 32 is a second volume V2 included, in which the inner shell is arranged in. The outer shell 32 thus encloses the inner shell 31 . An inner wall 32a the outer shell 32 and an outer wall 31b the inner shell 31 have a predetermined distance from one another. Through this distance there is a cooling channel 33 formed to cool the converter circuit. For easier handling for a user, there is also an aforementioned handle on the outer shell 34 appropriate.

Wie in 1 gezeigt, ist die Wandlerschaltung 25 mit der jeweiligen Leiterplatte 25a dabei direkt an eine Innenwandung 31 der Innenhülle 31 angebracht oder angeordnet. Die elektronischen Komponenten 25b der Wandlerschaltung sind dabei auf einer zu der Innenwandung 31a gegenüberliegenden Seite der Leiterplatte 25a angebracht oder befestigt. Analog ist auch die Übertragungsschaltung 24 mittels der Leiterplatte 24a direkt an der Innenwandung 31 a der Innenhülle 31 angebracht oder befestigt. Auch die elektronischen Bauteile oder Komponenten sind an einer der Innenwandung 31a gegenüberliegenden Seite der Leiterplatte 24a angeordnet.As in 1 shown is the converter circuit 25th with the respective circuit board 25a directly to an inner wall 31 the inner shell 31 attached or arranged. The electronic components 25b the converter circuit are on one of the inner wall 31a opposite side of the circuit board 25a attached or attached. The transmission circuit is also analogous 24 by means of the circuit board 24a directly on the inner wall 31 a of the inner shell 31 attached or attached. The electronic parts or components are also on one of the inner walls 31a opposite side of the circuit board 24a arranged.

Die Innenhülle 31 ist somit als Kühlplatte zum Aufnehmen der Betriebswärme W der Wandlerschaltung 25 und gegebenenfalls auch einer Betriebswärme der Übertragungsschaltung 24 ausgebildet. Um nun die von der Innenhülle 31 erfasste Betriebswärme W der Wandlerschaltung 25 abzutransportieren, ist in die Außenhülle in Bezug auf die Steckrichtung R unterhalb des Haltegriffs 34 eine Lüftereinheit 35 integriert. Die Lüftereinheit 35 ist vorliegend als Axiallüfter ausgestaltet. Die Lüftereinheit 35 ist somit an einem Ende der Steckverbindervorrichtung 10, also insbesondere anschlussleitungsseitig, angeordnet. An einem anderen Ende der Steckverbindervorrichtung 10, also insbesondere steckanschlussseitig, ist zusätzlich eine Austrittsöffnung in Form von Lüftungsschlitzen in die Außenhülle 32 eingearbeitet. Nun kann mittels der Lüftereinheit 35 ein Luftstrom 38 in dem Kühlkanal erzeugt werden und die von der Innenhülle 31 aufgenommene Betriebswärme W aus der Steckverbindervorrichtung 10 in die Umgebung U abgeführt werden. Bevorzugt ist eine Strömungsrichtung S des Luftstroms 38 dabei so gewählt, dass der Luftstrom 38 von der Lüftereinheit 35 an die Austrittsöffnung 36, also weg von dem Handgriff 34 und einem Benutzer, geleitet wird.The inner shell 31 is thus used as a cooling plate for absorbing the operating heat W of the converter circuit 25th and possibly also an operating heat of the transmission circuit 24 educated. To now the one from the inner shell 31 detected operating heat W of the converter circuit 25th to be transported away, is in the outer cover in relation to the insertion direction R below the handle 34 a fan unit 35 integrated. The fan unit 35 is designed here as an axial fan. The fan unit 35 is thus at one end of the connector device 10 , so in particular on the connection line side, arranged. At another end of the connector device 10 , that is to say in particular on the connector side, there is also an outlet opening in the form of ventilation slots in the outer shell 32 incorporated. Now you can use the fan unit 35 a stream of air 38 are generated in the cooling channel and those of the inner shell 31 operating heat W absorbed from the connector device 10 be discharged into the environment U. A flow direction S of the air flow is preferred 38 chosen so that the airflow 38 from the fan unit 35 to the outlet opening 36 , so away from the handle 34 and a user.

Durch diese Ausgestaltung als aktive Kühleinrichtung ist es somit möglich, die Wandlerschaltung 25 in die Steckverbindervorrichtung 10 zu integrieren und gleichzeitig eine Kühlung beziehungsweise Entwärmung der Wandlerschaltung zu ermöglichen, ohne erhöhte Oberflächentemperaturen der Gehäuseeinrichtung 30 für den Anwender zugänglich zu machen. Gleichzeitig wird dadurch eine aktive Abfuhr der durch die Verlustleistung vorliegenden Verlustwärme im Inneren der Steckverbindervorrichtung abgeführt. Dem Anwender ist somit eine sichere Handhabung der Steckverbindervorrichtung 10 als Elektrozapfhahn oder Elektrozapfpistole möglich.This configuration as an active cooling device makes it possible to use the converter circuit 25th into the connector device 10 to integrate and at the same time to enable cooling or heat dissipation of the converter circuit without increased surface temperatures of the housing device 30th to make them accessible to the user. At the same time, active dissipation of the heat loss in the interior of the connector device due to the power dissipation is thereby dissipated. The user is thus safe handling of the connector device 10 possible as an electric nozzle or electric nozzle.

4 fasst noch einmal in einem beispielhaften Verfahrensablaufdiagramm einzelne Verfahrensschritte eines Verfahrens zum Betreiben der zuvor beschriebenen Steckverbindervorrichtung 10 zusammen. In einem Schritt S1 erfolgt dabei zunächst das Zuführen von einer von der von der Energieübertragungsvorrichtung bereitgestellten elektrischen Wechselspannung U1 mittels der Anschlussleitung 21 der Übertragungselektronik 20. In einem Schritt S2 wird die Anschlussleitung 21 dann mit der Wandlerschaltung 25 elektrisch gekoppelt und zugeführte elektrische Wechselspannung U1 in die elektrische Gleichspannung U2 mittels der Wandlerschaltung 25 gewandelt. In einem Schritt S3 wird schließlich der Steckanschluss 21 mit der Wandlerschaltung elektrisch gekoppelt und die gewandelte elektrische Gleichspannung U2 mittels des Steckanschlusses 21 an einen entsprechenden mit dem Steckanschluss 21 gekoppelten Steckanschluss der Batterievorrichtung bereitgestellt. 4th once again summarizes, in an exemplary method flow diagram, individual method steps of a method for operating the plug connector device described above 10 together. In one step S1 In this case, an electrical alternating voltage provided by the energy transmission device is initially supplied U1 by means of the connecting cable 21 the transmission electronics 20th . In one step S2 becomes the connecting cable 21 then with the converter circuit 25th electrically coupled and supplied electrical alternating voltage U1 into the electrical direct voltage U2 by means of the converter circuit 25th changed. In one step S3 finally becomes the connector 21 electrically coupled to the converter circuit and the converted electrical direct voltage U2 by means of the plug connection 21 to a corresponding one with the plug connection 21 coupled plug connection of the battery device provided.

Insgesamt zeigen die Beispiele eine Kühlungs- und Handhabungsvorrichtung für eine Steckverbindervorrichtung, insbesondere einen Ladestecker, mit integrierter Leistungselektronik, also der vorgenannten Wandlerschaltung.Overall, the examples show a cooling and handling device for a plug connector device, in particular a charging plug, with integrated power electronics, that is to say the aforementioned converter circuit.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

DE 202019102461 U1 [0006]DE 202019102461 U1 [0006]
DE 102015013296 A1 [0007]DE 102015013296 A1 [0007]
DE 102019114229 A1 [0008]DE 102019114229 A1 [0008]

Claims

Steckverbindervorrichtung (10) zum Koppeln und zum Übertragen von elektrischer Energie von einer Energieübertragungsvorrichtung an eine Batterievorrichtung eines Kraftfahrzeugs, mit einer Übertragungselektronik (10), welche zum Übertragen der elektrischen Energie ausgebildet ist, und welche eine Anschlussleitung (21) zum Zuführen einer von der Energieübertragungsvorrichtung bereitgestellten elektrischen Wechselspannung (U1) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Übertragungselektronik (20) eine Wandlerschaltung (25) umfasst, welche mit der Anschlussleitung (21) elektrisch gekoppelt ist und ausgebildet ist, die zugeführte elektrische Wechselspannung (U1) in eine elektrische Gleichspannung (U2) zu wandeln, und die Übertragungselektronik (20) einen Steckanschluss (22) zum Koppeln mit einem Steckanschluss der Batterievorrichtung umfasst, welcher mit der Wandlerschaltung (25) elektrisch gekoppelt ist und ausgebildet ist, die mittels der Wandlerschaltung (25) gewandelte elektrische Gleichspannung (U2) an die Batterievorrichtung bereitzustellen.Connector device (10) for coupling and transmitting electrical energy from an energy transmission device to a battery device of a motor vehicle, with transmission electronics (10) which are designed to transmit electrical energy and which have a connecting line (21) for supplying one of the energy transmission device provided electrical alternating voltage (U1), characterized in that the transmission electronics (20) comprise a converter circuit (25) which is electrically coupled to the connection line (21) and is designed to convert the electrical alternating voltage (U1) supplied into an electrical direct voltage ( U2) to convert, and the transmission electronics (20) comprises a plug connection (22) for coupling to a plug connection of the battery device, which is electrically coupled to the converter circuit (25) and is designed to convert the electrical equilibrium converted by means of the converter circuit (25) hvoltage (U2) to be provided to the battery device.

Steckverbindervorrichtung (10) nach Anspruch 1, wobei die Steckverbindervorrichtung (10) zum Kühlen der Wandlerschaltung (25) eine Kühleinrichtung umfasst.Connector device (10) according to Claim 1 wherein the connector device (10) for cooling the converter circuit (25) comprises a cooling device.

Steckverbindervorrichtung (10) nach Anspruch 2, wobei die Kühleinrichtung dadurch realisiert ist, dass die Steckverbindervorrichtung (10) eine Gehäuseeinrichtung (30) mit einer Innenhülle (31) und einer Außenhülle (32) umfasst, wobei die Wandlerschaltung (25) in einem von der Innenhülle (31) gebildeten ersten Volumen (V1) an der Innenhülle (31) angeordnet ist und die Innenhülle in einem vorbestimmten Abstand zu der Außenhülle (32) in einem von der Außenhülle (32) gebildeten zweiten Volumen (V2) angeordnet ist, sodass zwischen der Innenhülle (31) und der Außenhülle (32) ein Kühlkanal (33) bereitgestellt ist.Connector device (10) according to Claim 2 , wherein the cooling device is realized in that the connector device (10) comprises a housing device (30) with an inner shell (31) and an outer shell (32), the converter circuit (25) in a first volume formed by the inner shell (31) (V1) is arranged on the inner shell (31) and the inner shell is arranged at a predetermined distance from the outer shell (32) in a second volume (V2) formed by the outer shell (32), so that between the inner shell (31) and the Outer shell (32) a cooling channel (33) is provided.

Steckverbindervorrichtung (10) nach Anspruch 3, wobei die Gehäuseeinrichtung (30) zum Abführen der Betriebswärme (W) eine Lüftereinheit (35) und wenigstens eine Austrittsöffnung (36) umfasst, wobei die Lüftereinheit (35) an einem Ende der Steckverbindervorrichtung (10) in die Außenhülle (32) eingebracht ist und die wenigstens eine Austrittsöffnung (36) an einem anderen Ende der Steckverbindervorrichtung (10) in die Außenhülle (32) eingebracht ist, wobei die Lüftereinheit (35) ausgebildet ist, einen Luftstrom (38) in dem Kühlkanal (33) zu erzeugen.Connector device (10) according to Claim 3 , wherein the housing device (30) for dissipating the operating heat (W) comprises a fan unit (35) and at least one outlet opening (36), the fan unit (35) being introduced into the outer shell (32) at one end of the connector device (10) and the at least one outlet opening (36) is introduced into the outer shell (32) at another end of the connector device (10), the fan unit (35) being designed to generate an air flow (38) in the cooling channel (33).

Steckverbindervorrichtung (10) nach Anspruch 3 oder 4, wobei eine jeweilige dem Kühlkanal (33) zugewandte Oberfläche (31b, 32a) der Innenhülle (31) und/oder Außenhülle (32) zumindest im einem Bereich, in welchem die Wandlerschaltung (25) an der Innenhülle (31) angeordnet ist, eine Rippenstruktur und/oder ein Pin-Fin-Struktur aufweist.Connector device (10) according to Claim 3 or 4th , wherein a respective surface (31b, 32a) of the inner shell (31) and / or outer shell (32) facing the cooling channel (33), at least in an area in which the converter circuit (25) is arranged on the inner shell (31), a Has rib structure and / or a pin-fin structure.

Steckverbindervorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Wandlerschaltung (25) eine wärmeabführende Leiterplatte (25a) oder Dickkupferleiterplatte umfasst, welche als Trägerelement für elektronische Komponenten (20b) der Wandlerschaltung (25) ausgestaltet ist.Connector device (10) according to one of the preceding claims, wherein the converter circuit (25) comprises a heat-dissipating circuit board (25a) or thick copper circuit board which is designed as a carrier element for electronic components (20b) of the converter circuit (25).

Steckverbindervorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Wandlerschaltung (25) über ein Kühlelement an der Innenhülle (31) angeordnet ist, welches als Wärmeleitpaste oder einen Wärmeleitkleber oder ein Wärmeleitpad oder eine Wärmeleitfolie ausgebildet ist.Connector device (10) according to one of the preceding claims, wherein the converter circuit (25) is arranged on the inner shell (31) via a cooling element, which is designed as a thermal paste or a thermal adhesive or a thermal pad or a thermal conductive film.

Steckverbindervorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die die Übertragungselektronik (20) einen weiteren Steckanschluss (23) umfasst, welcher mit Anschlussleitung (21) elektrisch gekoppelt ist und ausgebildet ist, die über die Anschlussleitung (21) zugeführte elektrische Wechselspannung (U1) an die Batterievorrichtung bereitzustellen.Connector device (10) according to one of the preceding claims, wherein the transmission electronics (20) comprises a further plug connection (23) which is electrically coupled to the connection line (21) and is designed to carry the electrical alternating voltage (U1 ) to provide to the battery device.

Steckverbindervorrichtung (10) nach Anspruch 8, wobei die Anschlussleitung (21) zum Zuführen einer mehrphasigen elektrischen Wechselspannung (U1, U3, U4) ausgebildet ist, und eine der Phasen (L1) mit der Wandlerschaltung (25) elektrisch gekoppelt ist und wenigstens eine der übrigen beiden Phasen (L2, L3) mit dem weiteren Steckanschluss (23) elektrisch gekoppelt ist.Connector device (10) according to Claim 8 , wherein the connection line (21) is designed to supply a multiphase electrical alternating voltage (U1, U3, U4), and one of the phases (L1) is electrically coupled to the converter circuit (25) and at least one of the other two phases (L2, L3) ) is electrically coupled to the further plug connection (23).

Verfahren zum Betreiben einer Steckverbindervorrichtung (10), mittels welcher ein Koppeln und ein Übertragen von elektrischer Energie von einer Energieübertragungsvorrichtung an eine Batterievorrichtung eines Kraftfahrzeugs bereitgestellt wird, wobei das Übertragen der elektrischen Energie mittels einer Übertragungselektronik (20) der Steckverbindervorrichtung (10) erfolgt, folgende Schritte umfassend: - Zuführen von einer von der Energieübertragungsvorrichtung bereitgestellten elektrischen Wechselspannung (U1) mittels einer Anschlussleitung (21) der Übertragungselektronik (20), gekennzeichnet durch folgende Schritte: - Elektrisches Koppeln der Anschlussleitung (21) mit einer Wandlerschaltung (25) der Übertragungselektronik (20) und Wandeln der zugeführten elektrischen Wechselspannung (U1) in eine elektrische Gleichspannung (U2) mittels der Wandlerschaltung (25), und - Elektrisches Koppeln eines Steckanschlusses (22) der Übertragungselektronik (20) mit der Wandlerschaltung (25) und Bereitstellen der gewandelten elektrischen Gleichspannung (U2) mittels des Steckanschlusses (22) an einen mit dem Steckanschluss (22) gekoppelten Steckanschluss der Batterievorrichtung.Method for operating a connector device (10), by means of which a coupling and a transmission of electrical energy is provided from an energy transmission device to a battery device of a motor vehicle, the electrical energy being transmitted by means of transmission electronics (20) of the connector device (10), the following Steps comprising: - supply of an electrical alternating voltage (U1) provided by the energy transmission device by means of a connection line (21) of the transmission electronics (20), characterized by the following steps: - electrical coupling of the connection line (21) to a converter circuit (25) of the transmission electronics ( 20) and converting the supplied electrical alternating voltage (U1) into an electrical direct voltage (U2) by means of the converter circuit (25), and - electrical coupling of a plug connection (22) of the transmission electronics (20) to the converter circuit (25) and Ber Providing the converted electrical direct voltage (U2) by means of the Plug connection (22) to a plug connection of the battery device that is coupled to the plug connection (22).