DE102022129271A1

DE102022129271A1 - Ladesteckverbinder für Elektro- und Hybridfahrzeuge

Info

Publication number: DE102022129271A1
Application number: DE102022129271.1A
Authority: DE
Inventors: Michael Berres
Original assignee: Kiekert AG
Current assignee: Kiekert AG
Priority date: 2022-11-07
Filing date: 2022-11-07
Publication date: 2024-05-08
Also published as: WO2024099494A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein System mit einem Ladesteckverbinder (1) für Elektro- und Hybridfahrzeuge, mit einem Gehäuse (7) und in dem Gehäuse (7) angeordneten Ladekontakten (2) zum Kontaktieren korrespondierender Ladekontakte (3) eines korrespondierenden Ladesteckverbinders (4), wobei wenigstens ein Ladekontakt (2) zweiteilig ausgeführt ist, ein erster Teil (5) des Ladekontaktes (2) zum galvanischen Kontaktieren des korrespondierenden Ladekontakts (3) ausgebildet ist und eine Sackbohrung (9) aufweist, ein zweiter Teil (6) des Ladekontaktes (2) zum galvanischen Kontaktieren von elektrischen Leitungen (10) auf der dem ersten Teil (5) gegenüberliegenden Seite ausgebildet ist und ein den ersten Teil (5) und den zweiten Teil (6) des Ladekontaktes (2) thermisch kontaktierendes Wärmeleitelement (8) in der Sackbohrung (9) angeordnet ist, so dass mittels des Wärmeleitelements (8) ein Wärmeabtrag von dem ersten Teil (5) des Ladekontaktes (2) hin zu dem zweiten Teil (6) des Ladekontaktes (2) ermöglicht ist. Auf diese Weise wird ein verbesserter Wärmeabtrag bei einem Ladesteckverbinder (1) erzielt, der selbst mit keinem Kühlsystem von Seiten einer Ladestation (20) ausgestattet ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Ladesteckverbinder für Elektro- und Hybridfahrzeuge, mit einem Gehäuse und in dem Gehäuse angeordneten Ladekontakten zum Kontaktieren korrespondierender Ladekontakte eines korrespondierenden Ladesteckverbinders, wobei wenigstens ein Ladekontakt zweiteilig ausgeführt ist, ein erster Teil des Ladekontaktes zum galvanischen Kontaktieren des korrespondierenden Ladekontakts ausgebildet ist und eine Sackbohrung aufweist und ein zweiter Teil des Ladekontaktes zum galvanischen Kontaktieren von elektrischen Leitungen auf der dem ersten Teil gegenüberliegenden Seite ausgebildet ist.
Elektro- und Hybridfahrzeuge verfügen über einen aufladbaren Energiespeicher, in der Regel eine Hochvolt-Batterie, die im Fahrbetrieb einem elektrischen Antriebsmotor Energie bereitstellt. Die Speicherkapazitäten dieser Hochvolt-Batterien sind begrenzt, so dass sie regelmäßig an einer Ladestation wieder aufgeladen werden müssen. Das Laden der Batterie erfolgt über ein zwischen Ladestation und Fahrzeug vorgesehenes Ladekabel, wobei das Ladekabel z.B. gemäß der europäischen Norm IEC 62196 Typ 2 auf der einen Seite mit einem Ladestecker, der in eine an der Ladestation vorgesehene Ladesteckdose einsteckbar ist, und auf der anderen Seite mit einer Ladekupplung versehen ist, die mit einem im Elektro- und Hybridfahrzeug installierten Ladeeinbaustecker verbindbar ist. Vorliegend werden Ladesteckdosen, Ladestecker, Ladekupplungen und Ladeeinbaustecker unter dem Begriff „Ladesteckverbinder“ subsummiert. Ladesteckdosen und Ladekupplungen weisen als Ladekontakte Kontakthülsen auf und Ladestecker sowie in Elektro- und Hybridfahrzeuge einbaubare Ladeeinbaustecker weisen als Ladekontakte Kontaktstifte auf, die in die Kontakthülsen einsteckbar sind.
Wie z.B. in der EP 3 043 421 A1 dargelegt, heizt sich aufgrund eines durch den Ladesteckverbinder fließenden Ladestroms dieser wegen ohmscher Stromwärmeverluste auf. Das Aufheizen des Ladesteckverbinders ist jedoch normgemäß auf eine Grenztemperaturerhöhung limitiert. So ist beispielsweise gemäß der Norm IEC 62196-3 die Grenztemperaturerhöhung auf 50 K limitiert. Dies wiederum führt bei größtenteils genormten Steckverbindergeometrien zu einem maximalen Ladestrom, der in der Regel nicht größer als 200 A im Dauerlastbestrieb sein kann. Bei einer intermittierenden Aufladung der Batterie eines Elektro- oder Hybridfahrzeugs sind jedoch höhere Ladeströme über begrenzte Zeiträume notwendig, um die Batterie in einer gewünschten kurzen Zeit aufzuladen. Dies kann zu einer temporären Erhitzung der Ladesteckverbinder führen, die über der Grenztemperaturerhöhung liegt. Der Leitungsquerschnitt der Elektroanschlusskörper lässt sich nicht beliebig vergrößern, da die Steckverbindergeometrien genormt sind und darüber hinaus für die Elektroanschlusskörper eine möglichst geringe Menge an leitfähigem Material, üblicherweise Kupfer, verwendet werden soll.
Insofern soll gemäß der EP 3 043 421 A1 die Aufgabe gelöst werden, einen Elektroanschlusskörper bereitzustellen, der erhöhte Ladeströme bei einer begrenzten Aufheizung ermöglicht und daher eine erhöhte Kurzzeitstromtragfähigkeit aufweist. Diese Aufgabe soll dadurch gelöst sein, dass ein Elektroanschlusskörper für einen Ladestecker bzw. eine Ladebuchse bereitgestellt wird, wobei der Elektroanschlusskörper einen ersten Anschlussbereich zur galvanischen Verbindung mit einem elektrischen Energieempfänger und einen zweiten Anschlussbereich zur galvanischen Verbindung mit einer elektrischen Energiequelle aufweist, wobei der Elektroanschlusskörper so ausgestaltet ist, dass dieser einen im Elektroanschlusskörper ausgebildeten Kühlfluidkanal aufweist, wobei der Kühlfluidkanal des Elektroanschlusskörpers mit einer Kühlfluidquelle fluidverbunden ist, die in einer Ladestation angeordnet ist.
Eine Kühlung eines Ladesteckverbinders für Elektro- und Hybridfahrzeuge, die von der Seite der Ladestation ausgeht, ist auch ansonsten aus dem Stand der Technik gut bekannt. So beschreibt die DE 10 2015 119 338 A1 , dass an einem Kontakthülsenelement eines Ladesteckers zwei Anschlussstellen für Kühlmittelleitungen angeordnet sind. Mittels eines spiralförmigen Aufsteckelements wird Kühlmittel zirkular um das Kontakthülsenelement geleitet. Die zwei Anschlussstellen dienen als Zu- und Ablauf für das Kühlmittel, das von der Ladestation zum Ladestecker geleitet wird. Die EP 3 433 902 B1 beschreibt ebenfalls ein Steckverbinderteil mit gekühlten Kontaktelementen. Auch hier ist ladestationsseitig das Heranführen eines Kühlmittels via Kühlmittelleitungen an die Kontaktelemente der an dem Ladekabel angeschlossenen Ladekupplung vorgesehen. Als Kühlmittel ist ein Fluid vorgesehen, welches senkrecht zum Kontaktelement in das ausgehölte Kontaktelement geleitet wird und innerhalb des Kontaktelements zurückströmt. Die 10 2016 105 361 B4 beschreibt schließlich ebenfalls ein Steckverbinderteil mit einem gekühlten Kontaktelement, wobei auch hier ladestationsseitig das Heranführen eines Kühlmittels via Kühlmittelleitungen an die Kontaktelemente einer am Ladekabel angeschlossenen Ladebuchse vorgesehen ist. An den Kontaktelementen sind dabei Leitelemente angeordnet, die ein Umströmen der Kontaktelemente durch das Kühlmittel in Form von Pressluft gewähren sollen.
Ausgehend davon ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen verbesserten Wärmeabtrag bei einem Ladesteckverbinder zu erzielen, der selbst mit keinem Kühlsystem von Seiten einer Ladestation ausgestattet ist.
Diese Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Erfindungsgemäß ist somit ein Ladesteckverbinder für Elektro- und Hybridfahrzeuge vorgesehen, mit einem Gehäuse und in dem Gehäuse angeordneten Ladekontakten zum Kontaktieren korrespondierender Ladekontakte eines korrespondierenden Ladesteckverbinders, wobei wenigstens ein Ladekontakt zweiteilig ausgeführt ist, ein erster Teil des Ladekontaktes zum galvanischen Kontaktieren des korrespondierenden Ladekontakts ausgebildet ist und eine Sackbohrung aufweist, ein zweiter Teil des Ladekontaktes zum galvanischen Kontaktieren von elektrischen Leitungen auf der dem ersten Teil gegenüberliegenden Seite ausgebildet ist und ein den ersten Teil und den zweiten Teil des Ladekontaktes thermisch kontaktierendes Wärmeleitelement in der Sackbohrung angeordnet ist, so dass mittels des Wärmeleitelements ein Wärmeabtrag von dem ersten Teil des Ladekontaktes hin zu dem zweiten Teil des Ladekontaktes ermöglicht ist
Die hier in Rede stehenden Ladekontakte weisen eine Längsachse auf, die sich von einem Anschlussbereich zu einen Steckbereich des Ladesteckverbinders hin erstreckt. Daher ist mit „radial“ im Sinne einer Axialsymmetrie „radial nach außen von der Längsachse des Ladekontaktes ausgehend“ gemeint. Mit „entlang des Radius“ ist dabei auf einem konstanten Radius, also einem unveränderlichen Abstand zu einem Mittelpunkt des Querschnitts des Ladekontaktes, der wiederum durch die Längsachse gegeben ist, der kreisförmige Teil des Umfangs des Querschnitts des Ladekontaktes an dem betreffenden Radius gemeint.
Vorliegend wird außerdem von einem Steckbereich des erfindungsgemäßen Ladesteckverbinders gesprochen, in dem der Ladesteckverbinder im mit dem korrespondierenden Ladesteckverbinder gesteckten Zustand mit dem korrespondierenden Ladesteckverbinder in Steckrichtung überlappt und die Ladekontakte der beiden Steckverbinder in galvanisch leitendem Kontakt miteinander stehen. Ein solcher Steckbereich eines Ladesteckverbinders ist im Allgemeinen auch dadurch definiert und insofern geometrisch begrenzt, als dass der Ladesteckverbinder eine Einrichtung aufweist, die sicherstellt, dass die beiden Ladesteckverbinder im gesteckten Zustand über eine bestimmte maximale Länge miteinander in Überlappung stehen, die dem vollständig eingesteckten Zustand des einen Ladesteckverbinders in den anderen Ladesteckverbinders entspricht. In einem von dem Steckbereich verschiedenen Anschlussbereich des Ladesteckverbinders sind die Ladekontakte galvanisch leitend an die elektrischen Leitungen angeschlossen, die zu einer Batterie des Fahrzeugs führen.
Der Ladekontakt ist entlang seiner Längsachse in einen ersten Teil und in einen zweiten Teil unterteilt, die derart zusammengeführt sind, dass ein Wärmeleitelement in einer entlang der Längsachse des Ladekontaktes ausgebildeten Sackbohrung aufgenommen ist. Das Ende des ersten Teils des Ladekontaktes ist dabei dasjenige, welches am weitesten von dem Gehäusemittelpunkt des Ladesteckverbinders entfernt ist. Das Ende des zweiten Teils des Ladekontaktes ist auf einer dem ersten Teil gegenüberliegenden Seite angeordnet und damit das Ende, dass mit den elektrischen Leitungen galvanisch leitend kontaktiert ist. Daher ist der erste Teil des Ladekontaktes im Wesentlichen derjenige Teil, der im Steckbereich des Ladesteckverbinders angeordnet ist und nur zu einem geringen Maße in den Anschlussbereich hineinragt. Der zweite Teil des Ladekontaktes ist der Teil, der im Wesentlichen im Anschlussbereich des Ladesteckverbinders angeordnet ist.
Wenn vorliegend von einem korrespondierenden Ladesteckverbinder die Rede ist, dann ist damit einerseits ein Ladesteckverbinder gemeint, der das selbe Steckgesicht wie der erfindungsgemäße Ladesteckverbinder aufweist, wobei das eine Steckgesicht aber Kontaktstifte aufweist, wenn das andere Steckgesicht Kontakthülsen aufweist, und umgekehrt. Das Set aus erfindungsgemäßem Ladesteckverbinder und korrespondierendem Ladesteckverbinder kann also zusammengesteckt werden. Andererseits wird vorliegend auch dann von einem korrespondieren Ladesteckverbinder gesprochen, wenn die Steckgesichter im zuvor genannten Sinne sich nur teilweise entsprechen, also der korrespondiere Ladesteckverbinder z.B. nicht alle Kontakte aufweist, die bei dem erfindungsgemäßen Ladesteckverbinder vorhanden sind, die vorhandenen Kontakte des korrespondieren Ladesteckverbinders aber vom Steckgesicht her dem erfindungsgemäßen Ladesteckverbinder entsprechen, so dass der erfindungsgemäße Ladesteckverbinder und der korrespondierende Ladesteckverbinder auch in diesem Fall zusammengesteckt werden können.
Ein solcher Fall liegt z.B. vor bei einer an einem Ladekabel angeschlossenen Ladekupplung für ein Gleichstromladen nach der europäischen Norm IEC 62196 Typ 2. Eine solche Ladekupplung ist in einen in die Karosserie eines Elektro- oder Hybridfahrzeugs eingebauten und für Wechselstromladen sowie für Gleichstromladen geeigneten Ladeeinbaustecker einsteckbar, wobei im Wechselstromsteckgesicht bei der Gleichstromladenladekupplung nur die Kommunikationskontakte und der Schutzkontakt vorhanden sind, jedoch keine Kontakte für Außenleiter und einen Mittelleiter für ein Wechselstromladen.
Als Wärmeleitelement wird vorliegend ein solches Element verstanden, das dazu führt, dass bei dem erfindungsgemäßen Ladesteckverbinder die Wärmeleitfähigkeit zwischen dem ersten Teil des Ladekontaktes und dem zweiten Teil des Ladekontaktes, die mit dem Wärmeleitelement thermisch verbunden sind, besser ist als ohne das Wärmeleitelement. Der Einbau des Wärmeleitelements verbessert also die Möglichkeit, an oder in dem ersten Teil des Ladekontakts entstehende Wärme zu dem zweiten Teil des Ladekontaktes hin abzuleiten. Die an dem zweiten Teil des Ladekontaktes aufgenommene Wärme ist dann fahrzeugseitig z.B. in die elektrischen Leitungen der Ladekontakte überführbar, die die Abwärme aufnehmen und diese durch die vergrößerte Oberfläche der Leitungen bis hin zur Batterie des Fahrzeugs in die Karosserie an die Umgebung abgeben lassen. Gleichwohl kann die an dem ersten Teil des Ladekontaktes aufgenommene Wärme durch entsprechende Ausgestaltung des zweiten Teils des Ladekontaktes auch direkt an die elektrischen Leitungen der Ladekontakte überführt werden.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Wärmeleitelement eine thermische Leitfähigkeit aufweist, die über 30 W/(m K) liegt, vorzugsweise über 240 W/ (m K). Die Ladekontakte sind vorzugsweise aus einem Kupferwerkstoff oder einer Kupferlegierung gefertigt. Kupferlegierungen weisen eine Wärmeleitfähigkeit von 30 bis 110 W/(m K) auf. Kupfer als Werkstoff weist eine Wärmeleitfähigkeit von 240 bis 380 W/(m K) auf. Das erfindungsgemäße Wärmeleitelement weist also stets eine höhere Wärmeleitfähigkeit auf als der das Wärmeleitelement umgebende Ladekontakt, wodurch die Wärmeabgabe mittels des Wärmeleitelements besser ist als ohne das Wärmeleitelement.
Grundsätzlich kann der zweite Teil auf verschiedene Arten ausgebildet und mit dem ersten Teil zusammengeführt sein. Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist jedoch vorgesehen, dass der zweite Teil eine Bohrung aufweist und ein dem zweiten Teil zugewandter Abschnitt des ersten Teils mit dem Wärmeleitelement mittels Presspassung mit dem zweiten Teil verbunden und in diesem aufgenommen ist. Dabei ist vorgesehen, dass der erste Teil einen umlaufenden Grat aufweist, der die maximale Aufnahmetiefe in dem zweiten Teil festlegt. Durch die Presspassung wird Druck auf den ersten Teil, den zweiten Teil und das Wärmeleitelement ausgeübt, so dass eine verbesserte Wärmeleitung in dem Ladekontakt ermöglicht ist.
Wie zuvor schon erläutert, liegt die einzige Anforderung an das Wärmeleitelement darin, dass es dazu führt, dass die Wärmeleitfähigkeit des Ladekontaktes größer ist als ohne das Wärmeleitelement. Der Einbau des Wärmeleitelements soll also die Möglichkeit des Ladekontaktes verbessern, an dem ersten Teil des Ladekontaktes entstehende Wärme hin zu dem zweiten Teil des Ladekontaktes weiterzuleiten und darüber dann fahrzeugseitig in die elektrischen Leitungen der Ladekontakte zu überführen, die die Abwärme aufnehmen und diese durch die vergrößerte Oberfläche der Leitungen bis hin zur Batterie des Fahrzeugs in die Karosserie und an die Umgebung abgeben lassen.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist dazu vorgesehen, dass das Wärmeleitelement ein Kupfer-Graphit Material aufweist. Dadurch kann ein bis zu 37 % höherer Wärmeleitwert gegenüber einem aus einem Kupferwerkstoff bestehenden Ladekontaktmaterial erzielt werden. Im Übrigen sind natürlich auch andere gut wärmeleitfähige Materialien und Materialmischungen für das Wärmeleitelement möglich, die zu dem in Rede stehenden verbesserten Wärmeabtrag von dem erfindungsgemäßen Ladesteckverbinder führen. Gemäß einer anderen bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Wärmeleitelement ein Graphit-Material aufweist. Dabei ist hier im Unterschied zum Kupfer-Graphit-Gemisch der wesentliche Bestandteil des Materials des Wärmeleitelementes Graphit. Mit diesem Graphit-Material ist ein 2- bis 4-fach höherer Wärmeleitwert in dem Wärmeleitelement erzielbar.
Prinzipiell kann das Wärmeleitelement verschiedene Formen aufweisen. Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist jedoch vorgesehen, das Wärmeleitelement wenigstens abschnittsweise die Form eines Zylinders aufweist. Der Zylinder ist dazu ausgebildet, möglichst nah an das Ende des Ladekontaktes heranzureichen und somit eine vorteilhafte Kontaktierung zu ermöglichen. Dabei kann dem Zylinder ein Kegel aufgesetzt sein, so dass die Oberfläche des Wärmeleitelements im Wesentlichen parallel zu der Oberfläche des ersten Teils des Ladkontaktes angeordnet ist. Dabei ist mit „Oberfläche des ersten Teils des Ladekontaktes“ diejenige Oberfläche gemeint, die im mit dem korrespondierenden Ladekontakt gesteckten Zustand eine Kontaktfläche zwischen den beiden miteinander gesteckten Ladekontakten bildet.
Allgemein ist das Wärmeleitelement bevorzugt derart in der Sackbohrung des ersten Teils des Ladekontaktes und der Bohrung des zweiten Teils des Ladekontaktes aufgenommen, dass die Sackbohrung vollständig mit dem Wärmeleitelement ausgefüllt ist. Ebenso ist die Bohrung in dem zweiten Teil mit dem ersten Teil und dem Wärmeleitelement ausgefüllt, so dass zwischen dem Ladekontakt und dem Wärmeleitelement praktisch kein Wärmeaustausch in Form von Konvektion stattfinden kann.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Wärmeleitelement die Form eines Kegels aufweist. Der Kegel ist dabei bevorzugt so ausgestaltet, dass ein radial wirkender Druck auf den Ladekontakt ausgeübt wird, womit eine verbesserte Wärmeleitung durch einen entlang der Oberflächennormalen des Kegels wirkenden Anpressdruck ermöglicht wird. Der entlang der Oberflächennormalen wirkende Anpressdruck reduziert dabei den Abstand zwischen dem ersten Teil, dem zweiten Teil des Ladekontaktes und dem Wärmeleitelement, so dass eine erhöhte Wärmeleitfähigkeit erzielbar ist.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Wärmeleitelement die Form eines Hohlkegels aufweist und in dem mit dem Hohlkegel und dem zweiten Teil des Ladekontaktes ausgebildeten Hohlraum ein weiteres Wärmeleitelement angeordnet ist. Die Spitze des Hohlkegels weist dazu bevorzugt einen Winkel auf, der größer ist als der der zur Aufnahme des Wärmeleitelementes ausgebildeten Sackbohrung in dem ersten Teil des Ladekontaktes. Dadurch ist es möglich, das Wärmeleitelement mit einer federartigen Vorspannung in den ersten Teil des Ladekontaktes einzubringen, so dass ein Anpressdruck von dem Wärmeleitelement auf den ersten Teil des Ladekontaktes ermöglicht ist. Dazu ist das Wärmeleitelement bevorzugt aus einem Kupfer-Graphit-Gemisch ausgebildet, das eine gegenüber dem reinen Graphit erhöhte Elastizität aufweist. Somit ist ein vielfach höherer Anpressdruck zwischen dem Hohlkegel und dem ersten Teil des Ladekontaktes realisierbar. Das weitere Wärmeleitelement ist vorzugsweise derart dimensioniert, dass es einen weiteren Anpressdruck auf das Wärmeleitelement ausübt. Dazu ist das weitere Wärmeleitelement bevorzugt aus Graphit hergestellt. Der so erzielte mehrschichtige Aufbau vereint die Vorteile des elastischen Kupfer-Graphit-Gemischs mit den wärmeleitenden Vorteilen des Graphits.
Es ist möglich, dass die Bohrung in dem zweiten Teil des Ladekontaktes auf verschiedene Arten ausgeführt ist. Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist jedoch vorgesehen, dass der zweite Teil eine axial angeordnete durchgehende Bohrung aufweist und das Wärmeleitelement mit den elektrischen Leitungen in der Bohrung thermisch kontaktiert ist. Dadurch wird eine direkte Wärmeübertragung der von dem ersten Teil des Ladekontakts abgetragenen Wärme an die elektrische Leitung ermöglicht. Die elektrische Leitung ist dazu derart in dem zweiten Teil des Ladekontaktes angeordnet, dass sie das Wärmeleitelement direkt kontaktieren und somit auch in seiner Position fixieren kann.
Grundsätzlich können die Ladekontakte verschieden geformt sein. Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist jedoch vorgesehen, die Ladekontakte als Kontaktstifte ausgebildet sind. Diese Kontaktstifte sind dabei so ausgestaltet, dass sie in korrespondierende Kontakthülsen aufnehmbar sind.
Die Erfindung betrifft außerdem die Verwendung eines Ladesteckverbinders nach einem der vorhergehenden Ansprüche an der Fahrzeugkarosserie eines Elektro- oder Hybridfahrzeugs. Dabei ist es ganz besonders bevorzugt, dass der Ladesteckverbinder ein Ladeeinbaustecker ist, insbesondere nach der europäischen Norm IEC 62196 Typ 2.
Außerdem betrifft die Erfindung ein System aus einem zuvor beschriebenen Ladesteckverbinder und einem zu diesem korrespondieren Ladesteckerbinder, wobei der korrespondierende Ladesteckverbinder mit einem mit einem Kühlfluid beaufschlagbaren Kühlelement versehen ist und die korrespondierenden Ladekontakte des korrespondierenden Ladesteckverbinders als Kontakthülsen ausgebildet sind, in die die Kontaktstifte des Ladesteckverbinders einsteckbar sind.
Dieses System ist vorzugsweise dahingehend ausgestaltet, dass es weiterhin eine Ladestation und ein mit der Ladestation verbundenes und den korrespondierenden Ladesteckverbinder tragendes Ladekabel aufweist, wobei die Ladestation eine Kühlfluidquelle aufweist und das Ladekabel mit Kühlfluidleitungen versehen ist, um das Kühlfluid von der Kühlfluidquelle zu dem Kühlelement des korrespondieren Ladesteckverbinder und wieder zurück zu transportieren. Die Kühlfluidquelle der Ladestation ist dabei derart ausgestaltet, dass erwärmtes, von dem Ladesteckverbinder zurückgeführtes Kühlfluid wieder abgekühlt wird, so dass es erneut für eine Kühlung zur Verfügung steht.
Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele weiter im Detail beschrieben.
In den Zeichnungen zeigen

1 perspektivisch ein Ladesteckverbinder gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
2 einen zu dem Ladesteckverbinder aus 1 korrespondierenden Ladesteckverbinder,
3a ein Ladekontakt mit einem zylindrischen Wärmeleitelement in einer Querschnittsansicht,
3b ein Ladekontakt mit einem kegelförmigen Wärmeleitelement in einer Querschnittsansicht und
4 schematisch ein System mit einem Ladesteckverbinder, einem korrespondierenden Ladesteckverbinder, einem Ladekabel, einer Ladestation und einem Kühlsystem gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Aus 1 ist in einer perspektivischen Ansicht ein Ladesteckverbinder 1 gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ersichtlich. Dabei handelt es sich um einen Ladeeinbaustecker zum Einbau in die Fahrzeugkarosserie 17 eines Elektro- oder Hybridfahrzeugs 18, wie schematisch in 4 dargestellt. Der vorliegende Ladesteckverbinder 1 ist im Wesentlichen und von seinem Steckgesicht her ein Ladeeinbaustecker gemäß der europäischen Norm IEC 62196 Typ 2. Neben nicht weiter mit Bezugszeichen versehenen Wechselstromladekontakten, einem Schutzkontakt 15 und Kommunikationskontakten 16 weist der Ladesteckverbinder 1 zwei Gleichstromladekontakte 2 für ein Gleichstromladen auf.
Der Ladesteckverbinder 1 ist mit einem korrespondierenden Ladesteckverbinder 4 koppelbar, der in 2 dargestellt ist. Dabei handelt es sich um eine Ladekupplung, die an einem Ladekabel befestigbar ist und mit dem Ladeeinbaustecker zusammengesteckt werden kann. Die hier exemplarisch gezeigte Ladekupplung ist eine solche für ein Gleichstromladen und weist daher korrespondierende Gleichstromladekontakte 3, einen Schutzkontakt 15 und Kommunikationskontakte 16 auf. Sowohl der hier gezeigte Ladeeinbaustecker als auch die hier gezeigte Kupplung entsprechen von ihrem Steckgesicht her der der europäischen Norm IEC 62196.
Der Ladesteckverbinder 1 weist einen Steckbereich 13 in einem vorderen Gehäuseteil und einen Anschlussbereich 14 in einem hinteren Gehäuseteil auf. Der Steckbereich 13 ist als ein solcher Bereich definiert, in dem der Ladesteckverbinder 1 im mit dem korrespondierenden Ladesteckverbinder 4 gesteckten Zustand mit dem korrespondierenden Ladesteckverbinder 4 in Steckrichtung überlappt und die Ladekontakte 2, 3, die in diesem konkreten Ausführungsbeispiel Gleichstromladekontakte sind, der beiden Steckverbinder 1, 4 in galvanisch leitendem Kontakt miteinander stehen. Der Anschlussbereich 14 ist als ein solcher Bereich definiert, in dem die Ladekontakte 2 des Ladesteckverbinders galvanisch leitend an elektrische Leitungen 10 angeschlossen sind, die von dem Ladesteckverbinder 1 zu einer nicht weiter dargestellten Batterie führen.
Den 3a und 3b sind Ladekontakte 2 des erfindungsgemäßen Ladesteckverbinders 1 entnehmbar. Dort ist erkennbar, dass die Ladekontakte 2 jeweils zweiteilig mit einem ersten Teil 5 und einem zweiten Teil 6 ausgeführt sind. Der erste Teil 5 ist mit einem Sackbohrung 9 zur Aufnahme eines Wärmeleitelementes 8 versehen. Der zweite Teil 6 weist eine Bohrung 11 auf, die dazu ausgelegt ist das Wärmeleitelement 8 und einen Abschnitt des ersten Teils 5 des Ladekontaktes 2 bis hin zu einem an dem ersten Teil 5 ausgebildeten Grat aufzunehmen. Der erste Teil 5 und der zweite Teil 6 sind in einem zusammengeführten Zustand mittels einer Presspassung zusammengefügt.
Maßgeblich bei dem hier beschriebenen bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung in 3a ist nun, dass ein hohlkegelförmiges Wärmeleitelement 8 in der Sackbohrung 9 des ersten Teils 5 des Ladekontaktes 2 angeordnet ist. Ein Winkel in der Spitze des als Hohlkegel ausgebildeten Wärmeleitelements 8 ist dabei größer als ein in der Sackbohrung 9 ausgebildeter Winkel, so dass das Wärmeleitelement 8 unter einer federartigen Vorspannung in die Sackbohrung 9 eingebracht ist. Diese Vorspannung wird durch ein weiteres Wärmeleitelement 12 verstärkt, so dass insgesamt ein Anpressdruck zwischen dem Wärmeleitelement 8 und dem ersten Teil 5 des Ladekontaktes 2 und ein zusätzlicher Anpressdruck zwischen dem weiteren Wärmeleitelement 12 und dem Wärmeleitelement 8 vorliegt, der eine vielfach erhöhte Wärmeleitung ermöglicht. Das Wärmeleitelement 8 ist dazu aus einem Kupfer-Graphit-Gemisch hergestellt, das eine gewisse Elastizität aufweist. Das weitere Wärmeleitelement 12 ist aus einem Graphit Material, das eine höhere Wärmeleitfähigkeit als das Kupfer-Graphit-Gemisch des Wärmeleitelementes 8 aufweist.
Die Bohrung 11 in dem zweiten Teil 6 des Ladekontaktes 2 ist zweiteilig ausgeführt, so dass der erste Teil 5 und das Wärmeleitelement 8 an einer ausgebildeten Schulter der Bohrung 11 anliegen und diese thermisch kontaktieren und durch den unter Presspassung zusammengeführten ersten Teil 5 sowie zweiten Teil 6 des Ladekontaktes 2 gehalten sind. Das weitere Wärmeleitelement 12 ist mit einem dem Durchgangsbereich der Bohrung 11 entsprechenden Radius versehen, so dass das weitere Wärmeleitelement 12 direkt mit der elektrischen Leitung 10 thermisch kontaktierbar ist.
Gleichwohl sind andere Formen für das Wärmeleitelement 8 möglich, nämlich z.B., wie in 3b gezeigt, eine zylindrische Form mit einem aufgesetzten Konus, der weit in Richtung des Endes des ersten Teils 5 des Ladekontaktes 2 hineinragt und damit insbesondere in diesem Abschnitt des ersten Teils eine erhöhte Wärmeleitung erreicht. Ebenfalls ist es möglich, dass die Bohrung 11 in dem zweiten Teil 6 nicht durchgängig, sondern in der Art einer Sackbohrung ausgebildet ist, und dass eine dieser Bohrung 11 gegenüberliegend angeordnete Sackbohrung in dem zweiten Teil 6 die elektrische Leitung 10 aufnimmt, so dass der Wärmeabtrag von dem Ende des ersten Teils 5 hin zu dem zweiten Teil 6 mittels des Wärmeleitelements 8 und dann die Wärmeleitung innerhalb des zweiten Teils 6 hin zu den elektrischen Leitungen ermöglicht ist. Der unter Presspassung mit dem ersten Teil 5 zusammengeführte zweite Teil 6 übt dabei einen konstanten Anpressdruck auf das Wärmeleitelement 8 in Richtung des Endes des ersten Teils 5 aus.
Weiter oben ist schon angesprochen worden, dass der Ladesteckverbinder 1 vorliegend in Form eines Einbausteckers an der Fahrzeugkarosserie 17 eines Elektro- oder Hybridfahrzeugs 18 Verwendung findet. In diesem Zusammenhang darf auf 4 verwiesen werden, die schematisch ein System gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt, das einen in eine Fahrzeugkarosserie 17 eines Elektro- oder Hybridfahrzeugs 18 eingebauten Ladesteckverbinder 1, einen zu diesem korrespondieren Ladesteckerbinder 4, eine Ladestation 20 und ein mit der Ladestation 20 verbundenes und den korrespondierenden Ladesteckverbinder 4 tragendes Ladekabel 21 umfasst. Wesentlich ist bei diesem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung, dass der korrespondierende Ladesteckverbinder 4 mit einem mit einem Kühlfluid beaufschlagbaren Kühlelement 19 zum Kühlen der korrespondierenden Ladekontakte 3 versehen ist. Um über die Kühlelemente 19 eine Kühlung der korrespondierenden Ladekontakte 3 zu erzielen, ist die Ladestation 20 mit einer Kühlfluidquelle 23 versehen und das Ladekabel 21 weist Kühlfluidleitungen 22 auf, um das Kühlfluid von der Kühlfluidquelle 23 zu dem Kühlelement19 des korrespondieren Ladesteckverbinder 4 und wieder zurück zu transportieren.
Dadurch, dass nun der in der Fahrzeugkarosserie 17 des Elektro- oder Hybridfahrzeugs 18 eingebaute Ladesteckverbinder 1 mit in den Ladekontakten 2 angeordneten Wärmeleitelementen 8 versehen ist, werden einerseits die ladestationsseitigen korrespondierenden Ladekontakte 3 mit der ladestationsseitigen Kühlung beaufschlagt und andererseits wird die thermische Kopplung zwischen dem in der Fahrzeugkarosserie 17 des Elektro- oder Hybridfahrzeugs 18 eingebauten Ladesteckverbinder 1 und dem an dem Ladekabel 21 angebrachten korrespondierenden Ladesteckverbinder 4 im gesteckten Zustand der beiden Ladesteckverbinder 1, 4 deutlich durch die Wärmeleitfähigkeit des Ladekontaktes 2 bis hin zu den elektrischen Leitungen 10 verbessert, so dass die aktive Kühlung in dem korrespondierenden Ladesteckverbinder 4 mit dem von der Kühlfluidquelle stammenden Kühlfluid mittelbar auch für die Kühlung des in der Fahrzeugkarosserie 17 des Elektro- oder Hybridfahrzeugs 18 eingebauten Ladesteckverbinders 1 nutzbar ist.
Bezugszeichenliste

1: Ladesteckverbinder
2: Ladekontakt
3: korrespondierender Ladekontakt
4: korrespondierender Ladesteckverbinder
5: erster Teil
6: zweiter Teil
7: Gehäuse
8: Wärmeleitelement
9: Sackbohrung
10: elektrische Leitungen
11: Bohrung
12: weiteres Wärmeleitelement
13: Steckbereich
14: Anschlussbereich
15: Schutzkontakt
16: Kommunikationskontakt
17: Karosserie
18: Elektro- oder Hybridfahrzeuge
19: Kühlelement
20: Ladestation
21: Ladekabel
22: Kühlfluidleitungen
23: Kühlfluidquelle

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 3043421 A1 [0003, 0004]
DE 102015119338 A1 [0005]
EP 3433902 B1 [0005]

Claims

Ladesteckverbinder (1) für Elektro- und Hybridfahrzeuge, mit einem Gehäuse (7) und in dem Gehäuse (7) angeordneten Ladekontakten (2) zum Kontaktieren korrespondierender Ladekontakte (3) eines korrespondierenden Ladesteckverbinders (4), wobei wenigstens ein Ladekontakt (2) zweiteilig ausgeführt ist, ein erster Teil (5) des Ladekontaktes (2) zum galvanischen Kontaktieren des korrespondierenden Ladekontakts (3) ausgebildet ist und eine Sackbohrung (9) aufweist, ein zweiter Teil (6) des Ladekontaktes (2) zum galvanischen Kontaktieren von elektrischen Leitungen (10) auf der dem ersten Teil (5) gegenüberliegenden Seite ausgebildet ist und ein den ersten Teil (5) und den zweiten Teil (6) des Ladekontaktes (2) thermisch kontaktierendes Wärmeleitelement (8) in der Sackbohrung (9) angeordnet ist, so dass mittels des Wärmeleitelements (8) ein Wärmeabtrag von dem ersten Teil (5) des Ladekontaktes (2) hin zu dem zweiten Teil (6) des Ladekontaktes (2) ermöglicht ist.
Ladesteckverbinder (1) nach Anspruch 1, wobei das Wärmeleitelement (8) eine thermische Leitfähigkeit aufweist, die über 30 W/(m K) liegt, vorzugsweise über 240 W/ (m K).
Ladesteckverbinder (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei der zweite Teil (6) eine Bohrung (11) aufweist und ein dem zweiten Teil (6) zugewandter Abschnitt des ersten Teils (5) mit dem Wärmeleitelement (8) mittels Presspassung mit dem zweiten Teil (6) verbunden und in diesem aufgenommen ist.
Ladesteckverbinder (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Wärmeleitelement (8) ein Kupfer-Graphit-Material aufweist.
Ladesteckverbinder (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Wärmeleitelement (8) ein Graphit-Material aufweist.
Ladesteckverbinder (1) nach Anspruch 1 bis 5, wobei das Wärmeleitelement (8) wenigstens abschnittsweise die Form eines Zylinders aufweist.
Ladesteckverbinder (1) nach Anspruch 1 bis 5, wobei das Wärmeleitelement (8) die Form eines Kegels aufweist.
Ladesteckverbinder (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Wärmeleitelement (8) die Form eines Hohlkegels aufweist und in dem mit dem Hohlkegel und dem zweiten Teil (6) des Ladekontaktes (2) ausgebildeten Hohlraum ein weiteres Wärmeleitelement (12) angeordnet ist.
Ladesteckverbinder (1), nach einem der vorigen Ansprüche, wobei der zweite Teil (6) eine axial angeordnete durchgehende Bohrung (11) aufweist und das Wärmeleitelement (8) mit den elektrischen Leitungen (10) in der Bohrung (11) thermisch kontaktiert ist.
Ladesteckverbinder (1) nach einem der vorigen Ansprüche, wobei die Ladekontakte (2) als Kontaktstifte ausgebildet sind.
Verwendung eines Ladesteckverbinders (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche an der Fahrzeugkarosserie (17) eines Elektro- oder Hybridfahrzeugs (18).
System aus einem Ladesteckverbinder (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10 und einem zu diesem korrespondieren Ladesteckerbinder (4), wobei der korrespondierende Ladesteckverbinder (4) mit einem mit einem Kühlfluid beaufschlagbaren Kühlelement (19) versehen ist und die korrespondierenden Ladekontakte (3) des korrespondierenden Ladesteckverbinders (4) als Kontakthülsen ausgebildet sind, in die die Kontaktstifte des Ladesteckverbinders (1) einsteckbar sind.
System nach Anspruch 12, weiter aufweisend eine Ladestation (20) und ein mit der Ladestation (20) verbundenes und den korrespondierenden Ladesteckverbinder (4) tragendes Ladekabel (21), wobei die Ladestation (18) eine Kühlfluidquelle (23) aufweist und das Ladekabel (21) mit Kühlfluidleitungen (22) versehen ist, um das Kühlfluid von der Kühlfluidquelle (23) zu dem Kühlelement (19) des korrespondieren Ladesteckverbinders (4) und wieder zurück zu transportieren.