EP4301620A1 - Kühleinrichtung zum kühlen zumindest einer mit einem steckverbinderteil verbundenen elektrischen leitung - Google Patents
Kühleinrichtung zum kühlen zumindest einer mit einem steckverbinderteil verbundenen elektrischen leitungInfo
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- EP4301620A1 EP4301620A1 EP22711893.2A EP22711893A EP4301620A1 EP 4301620 A1 EP4301620 A1 EP 4301620A1 EP 22711893 A EP22711893 A EP 22711893A EP 4301620 A1 EP4301620 A1 EP 4301620A1
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Definitions
- Cooling device for cooling at least one electrical line connected to a connector part
- the invention relates to a cooling device for cooling at least one electrical line connected to a connector part according to the preamble of claim 1.
- Such a cooling device has a cooling module that can be attached to the at least one electrical line and has a cooling channel through which a coolant can flow.
- a connector part that is to be cooled using the cooling device can, for example, be part of a charging system for charging an electric vehicle.
- a charging system for charging an electric vehicle.
- an electric vehicle is connected to a charging station via a charging cable by plugging a connector part in the form of a charging plug on the charging cable, for example, into an associated connector part in the form of a charging socket on the electric vehicle.
- Charging currents can be transmitted as direct current or alternating current, with charging currents in the form of direct current in particular having a high current intensity, for example greater than 350 A or even greater than 500 A, and can lead to heating of the cable as well as a connector part connected to the cable .
- heating of a cable, in particular a charging cable, and a connector part connected to the cable can be at least slowed down by oversizing current-carrying assemblies.
- lines in a cable can be designed with a comparatively large cross section in order to increase the current-carrying capacity of such lines.
- contact elements of a connector part can also be oversized in order to counteract excessive heating of the contact elements of the connector part.
- active cooling can be provided using cooling lines through which a coolant flows. Oversizing of current-carrying components and, if necessary, additional measures for active cooling are conventionally used in charging systems for charging an electric vehicle, in particular on the part of a charging station and a charging cable connected to it. A large number of charging processes are usually carried out one after the other at a charging station, so that current-carrying components must be dimensioned for quasi-permanent operation.
- current-carrying components are usually undersized.
- Such current-carrying components are generally to be designed in such a way that currents with sufficient current-carrying capacity can be transmitted during a charging process, with the current-carrying components being able to cool down again after a completed charging process.
- a thermal load is thus limited to a comparatively short period of time, for example 30 minutes.
- Normative limits can be specified for heating during operation. For example, for a connector part in the form of a charging socket on the part of an electric vehicle, there can be a norm that heating must not lead to a temperature greater than 90 °C.
- a norm For an electrical line connected to the connector part in the form of a load line, which connects the connector part to vehicle batteries, for example, such a limit may be significantly higher, for example at 180°C. Due to the higher temperature limit for electrical lines connected to the connector part, such lines can usually be undersized, which results in the lines heating up to a greater extent during operation. This in turn can result in thermal energy being introduced from the lines into the plug connector part, so that the plug connector part heats up more due to heat transfer from the connected lines.
- a charging cable known from DE 102010 007 975 B4 has a cooling line, which includes a feed line and a return line for a coolant and thus enables a coolant flow back and forth in the charging cable.
- the cooling line of the DE 10 2010 007 975 B4 is used on the one hand to dissipate heat loss occurring in an energy store of a vehicle, but also to cool the cable itself.
- a cooling sleeve for dissipating heat from at least one power line is known from EP 3 611 738 A1, in which the power line is guided through a grommet.
- the spout is surrounded by a housing.
- a cooling volume through which a cooling fluid can flow is formed between the spout and the housing.
- DE 10 2017 120 725 A1 describes a heat dissipation device for attaching to an electrical line with a flexible or pliable, sleeve-like or hose-like base body which has a coolant space enclosed between an inner wall and an outer wall and a through-opening adjacent to the inner wall for receiving the line .
- the object of the present invention is to provide a cooling device for cooling at least one electrical line connected to a connector part, which enables active cooling, in particular to counteract heat transfer from the line to the connected connector part, and in doing so in a simple manner on a line , Can be attached to a connector part on an electric vehicle, for example.
- the cooling module has two housing assemblies, each with a connecting section and a flow opening formed on the connecting section.
- the housing assemblies are separate from each other in a preassembled state and can be connected to one another for attachment to the at least one electrical line in such a way that the at least one electrical line is accommodated between the housing assemblies and the flow openings of the Connecting portions of the housing assemblies are in flow communication with each other to form the cooling channel.
- a cooling module is formed by housing assemblies that are separate from one another in a preassembled state prior to attachment to the associated electrical line and can be attached to one another in order to provide cooling on the line.
- the housing assemblies together form a cooling channel through which a coolant can flow during operation, so that heat can be absorbed and transported away via the coolant on the cooling module and above it on the line to which the cooling module is attached.
- the cooling module has two separate housing assemblies, which are separate from one another in the pre-assembled state and can be attached to one another for attachment to the line, results in simple assembly of the cooling device on an associated line to be cooled.
- the fact that the cooling device can be easily attached to an associated line by joining the housing assemblies makes it possible in particular to retrofit the cooling device in an existing electrical system, in particular a charging system for charging an electric vehicle.
- the housing assemblies are attached to the duct and brought into connection with one another so that the duct is received between the housing assemblies and heat can therefore be absorbed and dissipated along the duct during operation.
- the housing assemblies can be connected, for example, by screwing. Alternatively or additionally, the housing assemblies can be connected to one another in a form-fitting manner, for example by producing a latching connection, in order to attach the cooling module to the associated line to be cooled.
- Each housing assembly has a connection portion and a flow opening formed at the connection portion.
- the connecting sections When connecting the housing assemblies to one another, the connecting sections come into contact with one another Plant such that the flow openings of the housing assemblies are brought into flow communication with each other. In this way, a cooling channel is created, which extends in the two housing assemblies and through which coolant can flow during operation, so that heat can advantageously be absorbed at both housing assemblies and dissipated via the coolant flow.
- the cooling device can be mounted, for example, at one end of an electrical line, at which the electrical line is connected to the connector part.
- the cooling device can thus provide cooling, in particular at a transition between the electrical line and the connector part, as a result of which heat can be prevented from being introduced from the line into the connector part. If (excessive) heating occurs in the line during operation, heat can be absorbed and dissipated by the cooling device before it can be introduced into the connector part and lead to excessive, possibly impermissible, heating of the connector part.
- each housing assembly has at least one cooling channel section for forming the cooling channel.
- the at least one cooling duct section of one housing assembly is in flow communication with the at least one cooling duct section of the other of the housing assemblies when the housing assemblies are connected to one another.
- the cooling channel is formed via the cooling channel sections, which thus extends in both housing assemblies, so that the housing assemblies can be flowed through by coolant during operation and thus heat can be absorbed and dissipated at both housing assemblies.
- At least one of the housing assemblies includes a body member and a cover member connected to the body member.
- the body element defines a flow space in which coolant can flow and in which the at least one cooling channel section extends.
- both housing assemblies each have a body element and a cover element connected to the body element.
- the cover element has a surface section delimiting the flow space and at least one wall section formed on the surface section for delimiting the at least one cooling channel section.
- the surface section closes off the flow space of the body element to the outside, so that coolant can flow into the flow space, wherein coolant can be introduced into the flow space in a defined manner, for example via connection elements of the cooling module, and can also be drained out of the flow space again.
- one or more wall sections are formed on the surface section, which define one or more cooling channel sections along which the coolant is guided when the coolant flows through the flow space during operation.
- the wall sections can be formed, for example, as webs extending perpendicular to the surface section of the cover element.
- a cooling channel section can be formed here, for example, between wall sections that extend parallel to one another, so that coolant can flow along the wall sections during operation.
- the at least one wall section extends towards the connecting section of the associated housing assembly in such a way that the at least one wall section divides the flow opening into a plurality of channel openings.
- the wall section thus also extends in the area of the flow opening on the connecting section of the associated housing assembly.
- the wall section divides the flow opening into a plurality of channel openings which are separate from one another and via which coolant can flow between the housing assemblies.
- a cooling channel section on the side of each housing assembly can be assigned to each channel opening so that coolant can flow from a cooling duct section of one housing assembly into an associated cooling duct section of the other of the housing assemblies via a duct opening. Because a plurality of channel openings are provided, which are separate from one another, coolant can be routed back and forth between the housing assemblies via cooling channel sections, so that a comparatively long flow path can be provided and heat can be efficiently absorbed on the electrical line.
- one or more flow elements are formed on the surface section of the cover element, for example in the form of projections, which protrude into one or more cooling channel sections of the associated housing assembly.
- Such flow elements can be used to shape a coolant flow through the cooling channel, for example, to swirl or redirect it, for example to slow down the flow rate of the coolant flow and thus improve heat absorption.
- one or more flow elements can protrude from the surface section into the interior of the flow space of the body element in order to shape a coolant flow in a suitable manner in the interior of the flow space.
- the cooling module has a sealing element which is arranged between the connecting sections of the housing assemblies. A transition between the housing assemblies in the area of the connecting sections is sealed off via the sealing element, so that coolant cannot flow out at the transition between the connecting sections, but can instead be introduced from one housing assembly into the other housing assembly.
- the sealing element can, for example, be accommodated between the connecting sections in such a way that the sealing element circumferentially surrounds the flow openings at the connecting sections. Outer contours of the flow openings are thus sealed against one another.
- the sealing element can have sealing webs that separate channel openings from one another that are associated with different cooling channel sections. Connecting sections of the wall sections of the cover element can rest against the sealing webs, for example, so that the wall sections forming the cooling channel sections of the housing assemblies are sealed against one another and thus coolant can be introduced from a cooling duct section of one housing assembly via an associated duct opening into an associated cooling duct section of the other housing assembly.
- At least one of the housing assemblies has a receiving groove for receiving the at least one electrical line.
- the electrical line can be inserted into the receiving groove, so that the electrical line is received and enclosed between the housing assemblies when the housing assemblies are connected to one another.
- the shape of the receiving groove is preferably adapted to the electrical line.
- the receiving groove can have a semicircular cross-section with a diameter corresponding to the diameter of the line, so that the line comes into flat contact with a delimiting section of the housing assembly that forms the receiving groove when the electrical line is received between the housing assemblies.
- both housing assemblies each have a receiving groove assigned to an electrical line, so that when the housing assemblies are connected to one another, the electrical line rests in the receiving grooves of the housing assemblies and is in planar contact with the housing assemblies.
- the housing module can be designed to cool a number of electrical lines.
- a plurality of receiving grooves into which the plurality of electrical lines are to be inserted can be formed on one housing assembly or on both housing assemblies, for example (in each case).
- the cooling channel is shaped and extended in the housing module in such a way that coolant conducted into the cooling channel flows around a delimiting section of the associated housing assembly that forms the receiving groove.
- the restriction portion may be semi-cylindrical in shape and may extend within the flow space defined by the body member of the respective housing assembly.
- the cooling channel preferably runs over the delimiting section and thus flows around the delimiting section, so that heat can be absorbed and dissipated at the delimiting section.
- the cooling channel can extend transversely to the course of the receiving groove formed by the delimiting section. The coolant is thus routed across the delimitation section, with the cooling channel being able to be formed by a plurality of meandering cooling channel sections, so that the coolant is routed several times over the delimitation section along different flow directions.
- the cooling module has at least one connection element for connecting a cooling line.
- a first connection element for a supply line and a second connection element for a discharge line can be arranged on the cooling module, so that coolant can be introduced into the cooling module and also discharged from the cooling module again.
- the connection elements can be arranged here, for example, together on one of the housing assemblies. However, it is also conceivable that the stop elements are arranged on different housing assemblies.
- the housing assemblies can, for example, each be made of an electrically insulating material, in particular a plastic material.
- the housing assemblies preferably have good thermal conductivity for absorbing and dissipating heat on a line to be cooled.
- a connector assembly includes a connector part, at least one electrical line connected to the connector part, and a cooling device of the type described above.
- a connector assembly can, for example, be part of a charging system for charging an electric vehicle.
- the connector part can be formed here, for example, by a charging socket on the part of an electric vehicle, the electrical line extending, for example, starting from the connector part to a vehicle assembly of the electric vehicle, for example to a storage device, in particular a battery arrangement of the electric vehicle. Cooling can thus be provided on the part of the electric vehicle via the cooling device.
- FIG. 1 shows a view of a charging system with a charging station and an electric vehicle to be charged
- FIG. 2 shows a view of an exemplary embodiment of a connector part in the form of a charging socket of an electric vehicle
- FIG. 3 shows a rear view of the connector part according to FIG. 2;
- Fig. 4 is a view of the connector part, with a cooling device on
- FIG. 5 shows a separate view of a cooling module of the cooling device
- FIG. 6 shows a view of housing assemblies of the cooling module of the cooling device
- Fig. 7 is a view of a body member and a housing cover
- Figure 11 is another sectional view through the cooling module along line A-A of Figure 10;
- Figure 12 is yet another sectional view through the cooling module along line B-B of Figure 10.
- Fig. 13 is a sectional view taken along line C-C of Fig. 10.
- FIG. 1 shows a charging station 1 for charging an electrically powered vehicle
- the charging station 1 is designed to provide a charging current in the form of an alternating current or a direct current provide and has a cable 2, which is connected at one end 201 to the charging station 1 and at the other end 200 with a connector part 3 in the form of a charging plug.
- FIGS. 2 and 3 show an embodiment of a connector part 40 in the form of a charging socket on the side of the electric vehicle 4.
- the connector part 40 With the connector part 40, the connector part 3 in the form of the charging plug can be plugged into the charging cable 2 in order to establish a connection between the charging station 1 and the electric vehicle 4 to produce and charge batteries of the electric vehicle 4.
- the connector part 40 has a housing 400 and plug-in openings 401, 402 formed on a plug face on the front side of the housing 400, with which an associated connector part 3 on a charging cable 2 can be plugged into connection.
- plug-in openings 401, 402 Inside the plug-in openings 401, 402, plug-in sections with electrical contact elements 403 arranged thereon are formed. Contact elements in the area of the upper plug-in openings 401 serve to transmit an alternating current. In contrast, contact elements 403 in the region of the lower plug-in openings 402 are used to transmit a charging current in the form of a direct current.
- electrical lines 41 also referred to as load lines for transmitting a charging current with a high current intensity, are connected to the contact elements 403, so that electrical charging currents can be transmitted via the lines 41 and the connected contact elements 403.
- the charging currents transmitted have a high current intensity, for example greater than 350 A, possibly even of the order of 500 A or more. Due to such high charging currents, thermal losses occur on the cable 2 and on the connector parts 3, 40, which can lead to the cable 2 and the connector part 3, 40 heating up.
- the current-carrying lines 41 which are connected to the connector part 40 in the embodiment according to FIGS. 2 and 3, heat up. Excessive heating of the cable 2 and the connector part 3 can usually be counteracted by cooling the cable 2 and/or the connector part 3 .
- current-carrying components, in particular conductors of the cable 2 and contact elements of the connector part 3, are usually dimensioned such that they have a high current-carrying capacity and are designed for continuous operation with a large number of subsequent charging processes.
- a maximum permissible temperature for the connector part 40 is usually different from the maximum permissible temperature for the lines 41.
- the connector part 40 may only heat up to a temperature, for example 90° C., which is significantly lower than the maximum permissible temperature of the lines 41, which is 180° C., for example. This can lead to the lines 41 being dimensioned with a comparatively small line cross section due to the lower requirements and the lines
- a cooling device 5 is made available, as is shown in an exemplary embodiment in FIGS. 4-12.
- the cooling device 5 is intended to be attached to the lines 41 , in particular in the area of the ends of the lines 41 at which the lines 41 are connected to the connector part 40 . Heat is thus to be absorbed and dissipated at a transition between the lines 41 and the connector part 40 via the cooling device 5 be, so that heat from the lines 41 is not introduced into the connector part 40 or only to a reduced extent.
- the cooling device 5 has a cooling module 50 to which a feed line 51 and a discharge line 52 for a coolant flow are connected.
- the feed line 51 is connected to a connection element 510 of the cooling module 50 and is used to introduce coolant into the cooling module 50 .
- the coolant can be discharged again via the discharge line 52, which is connected to a connection element 520 of the cooling module 50, in order in this way to transport heat away from the cooling module 50 and in this way to provide cooling on the electrical lines 41 .
- the cooling module 50 has two housing assemblies 53, 54 which are separate from one another in a pre-assembled state (Fig. 6) and can be connected to one another in order to be in a connected position (Fig. 5) form receiving channels 501, 502 between them in which the leads 41 can be received.
- the cooling module 50 can thus be brought into contact with the lines 41 via the housing assemblies 53 , 54 in order to absorb heat on the lines 41 and dissipate it from the lines 41 .
- each housing assembly 53, 54 in the illustrated embodiment includes a body member 56A, 56B and a lid member 55A associated with the associated body member 56A, 56B, 55B on.
- a sealing element 566 is arranged between the cover element 55A, 55B and the body element 56A, 56B, so that a transition between the cover element 55A, 55B and the body element 56A, 56B is sealed in a fluid-tight manner.
- Each body member 56A, 56B defines a flow space 565 within which coolant can flow.
- the cover elements 55A, 55B each have a surface section 550 and wall sections 551 formed on the surface section 550 in the form of webs extending perpendicularly to the surface section 550, with which the cover element 55A, 55B is inserted into the flow space 565 of the associated body element 56A, 56B that a lower edge of each wall portion 551 abuts a bottom of the body member 56A, 56B reaches and thus formed in the flow space 565 cooling channel sections to form a cooling channel 503, as will be explained below.
- each body member 56A, 56B in the region of the bottom of each body member 56A, 56B are formed receiving grooves 560, 561 which together form receiving channels 501, 502 (see Figure 5).
- the receiving grooves 560, 561 are each formed by semi-cylindrical defining portions 567 extending within the flow space 565 of each body member 56A, 56B, as seen for example in Figure 9.
- the housing assemblies 53, 54 form - on mutually facing sides on which the receiving grooves 560, 561 are also formed - connecting sections 562-564, with which the housing assemblies 53, 54 are brought into contact with one another when the housing assemblies 53, 54 for assembly connected to each other on associated lines 41, in particular screwed together.
- FIGS when the housing assemblies 53, 54 are connected to one another, a flow connection is established between the housing assemblies 53, 54.
- a sealing element 57 which is used to seal a transition between the connecting sections 564 and thus to seal a flow path formed by the flow openings 568 in the connecting sections 564, so that coolant cannot deviate to the outside at the transition.
- the sealing element 57 forms a plurality of channel openings 570 which are separated from one another in pairs by sealing webs 571 .
- Each sealing web 571 has a contact section 552 on an edge of an associated wall section 551 that is remote from surface section 550 of each cover element 55A, 55B, so that when the cooling module 50 is installed, wall sections 551 of the cover elements 55A, 55B connect on both sides to the sealing webs 571 of the sealing element 57 and thus form cooling channel sections in the two housing assemblies 53, 54, which are connected via the connecting sections 564 and the flow openings formed therein 568 are flow-connected to each other.
- the wall sections 551 on the cover element 55A, 55B of the housing assemblies 53, 54 form cooling channel sections 530, 540 within each housing assembly 53, 54 which together form a cooling channel 503 through which Coolant for absorbing heat on the electrical lines 41 can be conducted.
- coolant is introduced via a supply line 51 connected to the connection element 510 into a cooling channel section 540 of the housing assembly 54 and flows transversely to the longitudinal direction of the lines 41 in the receiving channels 501, 502 via the delimiting sections 567 in the area of the recording channels 501, 502.
- the coolant flows through an associated channel opening 570 into a cooling channel section 530 in the housing assembly 53 and again, now in the opposite direction, over the receiving channels 501, 502 and into an adjacent, parallel offset cooling channel section 530 of the housing assembly 53, as can be seen in Fig. 10 and 13 can be seen.
- the coolant flow again passes through an associated channel opening 570 into a cooling channel section 540 located below it in the housing assembly 54 and flows through the housing assembly 54, as can be seen from Fig. 11, in the back and forth direction, again through a channel opening 570 to enter a further cooling duct section 530 in the housing assembly 53, to flow through cooling duct sections 530 in the housing assembly 53 and finally to flow via a duct opening 570 into the cooling duct section 540 of the housing assembly 54 shown at the top in Fig. 11 and via the connection element 520 and a discharge line connected thereto 52 to flow out of the cooling module 50.
- a cooling channel 503 is created, which meanders in both housing assemblies 53, 54 runs and the coolant several times back and forth in both housing assemblies 53, 54 via the Recording channels 501, 502 and thus the electrical lines 41 recorded therein passes. Heat can thus be absorbed on the lines 41 and conducted away from the lines 41 .
- flow elements 553 are formed on the surface section 550 of each cover element 55A, 55B, which protrude as hook-shaped projections into the area of the cooling channel sections 530, 540 within the associated housing assembly 53, 54 and serve to shape the coolant flow through the cooling channel sections 530, 540 in such a way that, in particular, the boundary sections 567 forming the receiving channels 501, 502 on the body element 56A, 56B are flowed around and heat can be efficiently absorbed at the boundary sections 567.
- the body elements 56A, 56B and the cover elements 55A, 55B advantageously consist of an electrically non-conductive material, in particular a plastic material, which preferably has good thermal conductivity.
- the flow of coolant conducted in the housing assemblies 53, 54 is thus electrically separated from the lines 41 accommodated in the receiving channels 501, 502.
- the body elements 56A, 56B can also be made of an electrically conductive material, for example an aluminum material, with the lines 41 being electrically insulated from the body elements 56A, 56B via an insulating line jacket.
- the coolant can in particular be a coolant liquid, for example a water/glycol mixture.
- other coolants in the form of liquid or gaseous fluids can also be used for cooling.
- the idea on which the invention is based is not limited to the exemplary embodiments described above, but can also be implemented in a different way.
- a connector assembly of the type described can advantageously be used in a charging system for charging an electric vehicle.
- another application is also conceivable, in particular where large currents are to be transmitted and cooling must therefore be provided on a connector assembly.
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Abstract
Eine Kühleinrichtung (5) zum Kühlen zumindest einer mit einem Steckverbinderteil (40) verbundenen elektrischen Leitung (41) umfasst ein an die zumindest eine elektrische Leitung (41) ansetzbares Kühlmodul (50), das einen mit einem Kühlmittel durchströmbaren Kühlkanal (503) aufweist. Das Kühlmodul (50) weist zwei Gehäusebaugruppen (53, 54) mit je einem Verbindungsabschnitt (564) und einer an dem Verbindungsabschnitt (564) geformten Strömungsöffnung (568) auf, wobei die Gehäusebaugruppen (53, 54) in einem Vormontagezustand getrennt voneinander vorliegen und zum Ansetzen an die zumindest eine elektrische Leitung (41) derart miteinander verbindbar sind, dass die zumindest eine elektrische Leitung (41) zwischen den Gehäusebaugruppen (53, 54) aufgenommen ist und die Strömungsöffnungen (568) der Verbindungsabschnitte (564) der Gehäusebaugruppen (53, 54) zur Ausbildung des Kühlkanals (503) in Strömungsverbindung miteinander stehen.
Description
Kühleinrichtung zum Kühlen zumindest einer mit einem Steckverbinderteil verbundenen elektrischen Leitung
Die Erfindung betrifft eine Kühleinrichtung zum Kühlen zumindest einer mit einem Steckverbinderteil verbundenen elektrischen Leitung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Eine derartige Kühleinrichtung weist ein an die zumindest eine elektrische Leitung ansetzbares Kühlmodul auf, das einen mit einem Kühlmittel durchströmbaren Kühlkanal aufweist.
Ein Steckverbinderteil, das unter Verwendung der Kühleinrichtung gekühlt werden soll, kann beispielsweise Bestandteil eines Ladesystems zum Aufladen eines Elektrofahrzeugs sein. Im Rahmen eines solchen Ladesystems wird ein Elektrofahrzeug über ein Ladekabel an eine Ladestation angeschlossen, indem ein Steckverbinderteil in Form eines Ladesteckers an dem Ladekabel zum Beispiel in ein zugeordnetes Steckverbinderteil in Form einer Ladedose an dem Elektrofahrzeug eingesteckt wird.
Ladeströme können als Gleichstrom oder als Wechselstrom übertragen werden, wobei insbesondere Ladeströme in Form von Gleichstrom eine große Stromstärke, beispielsweise größer als 350 A oder sogar größer als 500 A, aufweisen und zu einer Erwärmung des Kabels genauso wie eines mit dem Kabel verbundenen Steckverbinderteils führen können.
Generell kann eine Erwärmung an einem Kabel, insbesondere einem Ladekabel, und einem mit dem Kabel verbundenen Steckverbinderteil zumindest verlangsamt werden, indem stromführende Baugruppen überdimensioniert werden. So können zum Beispiel Leitungen in einem Kabel mit einem vergleichsweise großen Querschnitt ausgebildet sein, um die Stromtragfähigkeit solcher Leitungen zu vergrößern. Zudem können auch Kontaktelemente eines Steckverbinderteils überdimensioniert werden, um einer übermäßigen Erwärmung an den Kontaktelementen des Steckverbinderteils entgegenzuwirken. Zusätzlich oder alternativ kann eine aktive Kühlung unter Verwendung von Kühlleitungen, die von einem Kühlmittel durchströmt werden, zur Verfügung gestellt werden.
Eine Überdimensionierung von stromführenden Komponenten und gegebenenfalls zusätzliche Maßnahmen für eine aktive Kühlung werden herkömmlich bei Ladesystemen zum Aufladen eines Elektrofahrzeugs insbesondere auf Seiten einer Ladestation und einem damit verbundenen Ladekabel verwendet. An einer Ladestation werden üblicherweise eine Vielzahl von Ladevorgängen hintereinander vorgenommen, sodass stromführende Komponenten für einen quasi-dauerhaften Betrieb zu dimensionieren sind.
Auf Seiten eines Elektrofahrzeugs werden stromführende Komponenten demgegenüber üblicherweise unterdimensioniert. Solche stromführenden Komponenten sind generell so auszulegen, dass während eines Ladevorgangs Ströme mit hinreichender Stromtragfähigkeit übertragen werden können, wobei nach einem abgeschlossenen Ladevorgang sich die stromführenden Komponenten wieder abkühlen können. Zum Beispiel bei einem Gleichstrom (DC)-Schnellladevorgang ist eine thermische Belastung somit auf einen vergleichsweise kurzen Zeitraum, zum Beispiel 30 Minuten, beschränkt.
Für eine Erwärmung im Betrieb können normative Grenzen vorgegeben sein. So kann zum Beispiel für ein Steckverbinderteil in Form einer Ladedose auf Seiten eines Elektrofahrzeugs normativ vorgegeben sein, dass eine Erwärmung nicht zu einer Temperatur größer als 90 °C führen darf. Für eine mit dem Steckverbinderteil verbundene elektrische Leitung in Form einer Lastleitung, die das Steckverbinderteil zum Beispiel mit Fahrzeugbatterien verbindet, kann eine solche Grenze gegebenenfalls deutlich höher liegen, beispielsweise bei 180 °C. Aufgrund der höheren Temperaturgrenze für an das Steckverbinderteil angeschlossene elektrische Leitungen können solche Leitungen üblicherweise unterdimensioniert werden, was im Betrieb eine stärkere Erwärmung an den Leitungen zur Folge hat. Dies wiederum kann dazu führen, dass thermische Energie von den Leitungen in das Steckverbinderteil eingeleitet wird, sodass es an dem Steckverbinderteil durch Wärmeübertrag von den angeschlossenen Leitungen zu einer verstärkten Erwärmung kommt.
Es besteht ein Bedürfnis dafür, insbesondere bei einem Ladesystem zum Aufladen eines Elektrofahrzeugs solchen Effekten entgegenzuwirken.
Ein aus der DE 102010 007 975 B4 bekanntes Ladekabel weist eine Kühlleitung auf, die eine Zuleitung und eine Rückleitung für ein Kühlmittel umfasst und somit einen Kühlmittelfluss hin und zurück in dem Ladekabel ermöglicht. Die Kühlleitung der DE 10
2010 007 975 B4 dient hierbei zum einen zum Abführen von an einem Energiespeicher eines Fahrzeugs entstehender Verlustwärme, zudem aber auch zum Kühlen des Kabels an sich.
Aus der EP 3 611 738 A1 ist eine Kühlmanschette zur Ableitung von Wärme von mindestens einer Energieleitung bekannt, bei der die Energieleitung durch eine Tülle hindurchgeführt ist. Die Tülle ist von einem Gehäuse umgeben. Zwischen Tülle und Gehäuse ist ein Kühlvolumen ausgebildet, das mit einem Kühlfluid durchströmbar ist.
Die DE 10 2017 120 725 A1 beschreibt eine Entwärmungsvorrichtung zum Anbringen an einer elektrischen Leitung mit einem flexiblen oder biegeschlaffen, hülsen- oder schlauchförmigen Grundkörper, der einen zwischen einer Innenwandung und einer Außenwandung eingeschlossenen Kühlmittelraum sowie eine an die Innenwandung angrenzende Durchgangsöffnung zur Aufnahme der Leitung aufweist.
Die DE 20 2020 002 915 U1 beschreibt eine Einrichtung einer Kabelkanalkühlung ohne externen Energieverbrauch, die aus einem flexiblen, rohrförmigen Kunststoffmantel mit einem integrierten zweistufigen, getrennten Latentwärmespeicher-Kühlsystem und mit einem Öffnungsabschnitt zum Einlegen oder Herausnehmen eines Stromkabels besteht.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Kühleinrichtung zum Kühlen zumindest einer mit einem Steckverbinderteil verbundenen elektrischen Leitung zur Verfügung zu stellen, die eine aktive Kühlung insbesondere zum Entgegenwirken einer Wärmeübertragung von der Leitung hin zu dem angeschlossenen Steckverbinderteil ermöglicht und dabei in einfacher Weise an einer Leitung, beispielsweise an einem Steckverbinderteil an einem Elektrofahrzeug, angebracht werden kann.
Diese Aufgabe wird durch einen Gegenstand mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Demnach weist bei der Kühleinrichtung das Kühlmodul zwei Gehäusebaugruppen mit je einem Verbindungsabschnitt und einer an dem Verbindungsabschnitt geformten Strömungsöffnung auf. Die Gehäusebaugruppen liegen in einem Vormontagezustand getrennt voneinander vor und sind zum Ansetzen an die zumindest eine elektrische Leitung derart miteinander verbindbar, dass die zumindest eine elektrische Leitung zwischen den Gehäusebaugruppen aufgenommen ist und die Strömungsöffnungen der
Verbindungsabschnitte der Gehäusebaugruppen zur Ausbildung des Kühlkanals in Strömungsverbindung miteinander stehen.
Bei der Kühleinrichtung ist ein Kühlmodul durch Gehäusebaugruppen gebildet, die in einem Vormontagezustand vor Anbringen an der zugeordneten elektrischen Leitung getrennt voneinander vorliegen und aneinander angesetzt werden können, um eine Kühlung an der Leitung bereitzustellen. Die Gehäusebaugruppen bilden gemeinsam einen Kühlkanal aus, der im Betrieb durch ein Kühlmittel durchströmt werden kann, sodass über das Kühlmittel Wärme an dem Kühlmodul und darüber an der Leitung, an die das Kühlmodul angesetzt ist, aufgenommen und abtransportiert werden kann.
Dadurch, dass das Kühlmodul zwei getrennt voneinander ausgebildete, in dem Vormontagezustand getrennt voneinander vorliegende Gehäusebaugruppen aufweist, die zum Anbringen an der Leitung aneinander angesetzt werden können, ergibt sich eine einfache Montage der Kühleinrichtung an einer zugeordneten, zu kühlenden Leitung. Dadurch, dass die Kühleinrichtung durch Fügen der Gehäusebaugruppen in einfacher Weise an einer zugeordneten Leitung angebracht werden kann, ergibt sich insbesondere die Möglichkeit für ein Nachrüsten der Kühleinrichtung bei einem bereits bestehenden elektrischen System, insbesondere einem Ladesystem zum Aufladen eines Elektrofahrzeugs.
Soll eine Kühlung an einer Leitung bereitgestellt werden, werden die Gehäusebaugruppen an die Leitung angesetzt und miteinander in Verbindung gebracht, sodass die Leitung zwischen den Gehäusebaugruppen aufgenommen ist und somit Wärme im Betrieb an der Leitung aufgenommen und abgeleitet werden kann.
Das Verbinden der Gehäusebaugruppen kann beispielsweise durch Verschrauben erfolgen. Alternativ oder zusätzlich können die Gehäusebaugruppen beispielsweise formschlüssig, zum Beispiel durch Herstellen einer Rastverbindung, miteinander verbunden werden, um das Kühlmodul an der zugeordneten, zu kühlenden Leitung anzubringen.
Eine jede Gehäusebaugruppe weist einen Verbindungsabschnitt und eine an dem Verbindungsabschnitt geformte Strömungsöffnung auf. Bei Verbinden der Gehäusebaugruppen miteinander gelangen die Verbindungsabschnitte miteinander in
Anlage derart, dass die Strömungsöffnungen der Gehäusebaugruppen in Strömungsverbindung miteinander gebracht werden. Auf diese Weise wird ein Kühlkanal geschaffen, der sich in den beiden Gehäusebaugruppen erstreckt und im Betrieb durch Kühlmittel durchströmt werden kann, sodass vorteilhafterweise an beiden Gehäusebaugruppen Wärme aufgenommen und über den Kühlmittelstrom abgeleitet werden kann.
Die Kühleinrichtung kann beispielsweise an einem Ende einer elektrischen Leitung montiert werden, an dem die elektrische Leitung mit dem Steckverbinderteil verbunden ist. Die Kühleinrichtung kann somit eine Kühlung insbesondere an einem Übergang zwischen der elektrischen Leitung und dem Steckverbinderteil zur Verfügung stellen, wodurch verhindert werden kann, dass Wärme von der Leitung in das Steckverbinderteil eingeleitet werden kann. Kommt es im Betrieb an der Leitung zu einer (übermäßigen) Erwärmung, kann Wärme an der Kühleinrichtung aufgenommen und abgeleitet werden, bevor diese in das Steckverbinderteil eingeleitet werden kann und zu einer übermäßigen, gegebenenfalls unzulässigen Erwärmung an dem Steckverbinderteil führt.
In einer Ausgestaltung weist jede Gehäusebaugruppe zumindest einen Kühlkanalabschnitt zur Ausbildung des Kühlkanals auf. Der zumindest eine Kühlkanalabschnitt der einen Gehäusebaugruppe steht hierbei mit dem zumindest einen Kühlkanalabschnitt der anderen der Gehäusebaugruppen in Strömungsverbindung, wenn die Gehäusebaugruppen miteinander verbunden sind. Über die Kühlkanalabschnitte wird der Kühlkanal geformt, der sich somit in beiden Gehäusebaugruppen erstreckt, sodass die Gehäusebaugruppen im Betrieb durch Kühlmittel durchströmt werden können und somit Wärme an beiden Gehäusebaugruppen aufgenommen und abgeleitet werden kann.
Eine Verbindung zwischen den Kühlkanalabschnitten wird hierbei über die Strömungsöffnungen an den Verbindungsabschnitten der Gehäusebaugruppen hergestellt. Dadurch, dass die Gehäusebaugruppen mit den Verbindungsabschnitten miteinander in Anlage gebracht werden, werden die Strömungsöffnungen in Strömungsverbindung miteinander gebracht und somit die Kühlkanalabschnitte der Gehäusebaugruppen so miteinander verbunden, dass ein Kühlmittel zwischen den Kühlkanalabschnitten strömen kann.
In einer Ausgestaltung weist zumindest eine der Gehäusebaugruppen ein Körperelement und ein mit dem Körperelement verbundenes Deckelelement auf. Das Körperelement definiert einen Strömungsraum, in dem Kühlmittel strömen kann und in dem der zumindest eine Kühlkanalabschnitt erstreckt ist.
Denkbar ist, dass nur eine der Gehäusebaugruppen ein solches Körperelement und ein mit dem Körperelement verbundenes Deckelelement aufweist. In anderer Ausgestaltung weisen jedoch beide Gehäusebaugruppen jeweils ein Körperelement und ein mit dem Körperelement verbundenes Deckelelement auf.
In einer Ausgestaltung weist das Deckelelement einen den Strömungsraum begrenzenden Flächenabschnitt und zumindest einen an dem Flächenabschnitt geformten Wandungsabschnitt zur Begrenzung des zumindest einen Kühlkanalabschnitts auf. Der Flächenabschnitt schließt den Strömungsraum des Körperelements nach außen hin ab, sodass Kühlmittel in den Strömungsraum strömen kann, wobei Kühlmittel beispielsweise über Anschlusselemente des Kühlmoduls in definierter Weise in den Strömungsraum eingeleitet und auch wieder aus dem Strömungsraum abgeleitet werden kann. Um hierbei einen definierten Strömungsweg in dem Strömungsraum vorzugeben, sind ein oder mehrere Wandungsabschnitte an dem Flächenabschnitt geformt, die einen oder mehrere Kühlkanalabschnitte definieren, entlang derer das Kühlmittel geführt wird, wenn das Kühlmittel im Betrieb durch den Strömungsraum strömt.
Die Wandungsabschnitte können beispielsweise als senkrecht zu dem Flächenabschnitt des Deckelelements erstreckte Stege geformt sein. Ein Kühlkanalabschnitt kann hierbei beispielsweise zwischen parallel zueinander erstreckten Wandungsabschnitten geformt sein, sodass im Betrieb Kühlmittel entlang der Wandungsabschnitte strömen kann.
In einer Ausgestaltung erstreckt sich der zumindest eine Wandungsabschnitt derart hin zu dem Verbindungsabschnitt der zugeordneten Gehäusebaugruppe, dass der zumindest eine Wandungsabschnitt die Strömungsöffnung in mehrere Kanalöffnungen teilt. Der Wandungsabschnitt erstreckt sich somit auch im Bereich der Strömungsöffnung an dem Verbindungsabschnitt der zugeordneten Gehäusebaugruppe. Der Wandungsabschnitt teilt die Strömungsöffnung in mehrere voneinander getrennte Kanalöffnungen, über die Kühlmittel zwischen den Gehäusebaugruppen strömen kann. Einer jeden Kanalöffnung kann hierbei ein Kühlkanalabschnitt auf Seiten einer jeden Gehäusebaugruppe zugeordnet
sein, sodass über eine Kanalöffnung Kühlmittel von einem Kühlkanalabschnitt der einen Gehäusebaugruppe in einen zugeordneten Kühlkanalabschnitt der anderen der Gehäusebaugruppen einströmen kann. Dadurch, dass mehrere voneinander getrennte Kanalöffnungen vorgesehen sind, kann Kühlmittel über Kühlkanalabschnitte zwischen den Gehäusebaugruppen hin und her geleitet werden, sodass ein vergleichsweise langer Strömungsweg bereitgestellt und Wärme effizient an der elektrischen Leitung aufgenommen werden kann.
In einer Ausgestaltung sind an dem Flächenabschnitt des Deckelelements ein oder mehrere Strömungselemente zum Beispiel in Form von Vorsprüngen geformt, die in einen oder mehrere Kühlkanalabschnitte der zugeordneten Gehäusebaugruppe hineinragen. Über solche Strömungselemente kann ein Kühlmittelstrom durch den Kühlkanal beispielsweise geformt, zum Beispiel verwirbelt oder umgeleitet werden, beispielsweise um die Fließgeschwindigkeit des Kühlmittelstroms zu verlangsamen und somit eine Wärmeaufnahme zu verbessern. Ein oder mehrere Strömungselemente können hierbei von dem Flächenabschnitt in das Innere des Strömungsraums des Körperelements ragen, um im Inneren des Strömungsraums einen Kühlmittelstrom in geeigneter Weise zu formen.
In einer Ausgestaltung weist das Kühlmodul ein Dichtungselement auf, das zwischen den Verbindungsabschnitten der Gehäusebaugruppen angeordnet ist. Über das Dichtungselement wird ein Übergang zwischen den Gehäusebaugruppen im Bereich der Verbindungsabschnitte abgedichtet, sodass Kühlmittel am Übergang zwischen den Verbindungsabschnitten nicht ausströmen kann, sondern von einer Gehäusebaugruppe in die andere Gehäusebaugruppe eingeleitet werden kann.
Das Dichtungselement kann beispielsweise so zwischen den Verbindungsabschnitten aufgenommen sein, dass das Dichtungselement die Strömungsöffnungen an den Verbindungsabschnitten umfänglich umgibt. Äußere Konturen der Strömungsöffnungen sind somit gegeneinander abgedichtet.
Zudem kann das Dichtungselement Dichtungsstege aufweisen, die Kanalöffnungen voneinander trennen, die unterschiedlichen Kühlkanalabschnitten zugeordnet sind. Verbindungsabschnitte der Wandungsabschnitte des Deckelelements können hierbei zum Beispiel an den Dichtungsstegen anliegen, sodass die die Kühlkanalabschnitte der Gehäusebaugruppen formenden Wandungsabschnitte gegeneinander abgedichtet sind
und somit Kühlmittel von einem Kühlkanalabschnitt einer Gehäusebaugruppe über eine zugeordnete Kanalöffnung in einen zugeordneten Kühlkanalabschnitt der anderen Gehäusebaugruppe eingeleitet werden kann.
In einer Ausgestaltung weist zumindest eine der Gehäusebaugruppen eine Aufnahmenut zum Aufnehmen der zumindest einen elektrischen Leitung auf. In die Aufnahmenut kann die elektrische Leitung eingelegt werden, sodass die elektrische Leitung bei miteinander verbundenen Gehäusebaugruppen zwischen den Gehäusebaugruppen aufgenommen und eingefasst ist. Die Formgebung der Aufnahmenut ist hierbei vorzugsweise der elektrischen Leitung angepasst. Beispielsweise kann die Aufnahmenut einen halbkreisförmigen Querschnitt mit einem dem Durchmesser der Leitung entsprechenden Durchmesser aufweisen, sodass die Leitung flächig mit einem die Aufnahmenut formenden Begrenzungsabschnitt der Gehäusebaugruppe in Anlage gelangt, wenn die elektrische Leitung zwischen den Gehäusebaugruppen aufgenommen ist.
Denkbar ist, dass eine solche Aufnahmenut nur an einer der Gehäusebaugruppen geformt ist. In anderer Ausgestaltung weisen jedoch beide Gehäusebaugruppen je eine einer elektrischen Leitung zugeordnete Aufnahmenut auf, sodass die elektrische Leitung bei miteinander verbundenen Gehäusebaugruppen in den Aufnahmenuten der Gehäusebaugruppen einliegt und flächig in Anlage mit den Gehäusebaugruppen ist.
Das Gehäusemodul kann zum Kühlen mehrerer elektrischer Leitungen ausgebildet sein. In diesem Fall können an einer Gehäusebaugruppe oder an beiden Gehäusebaugruppen beispielsweise (jeweils) mehrere Aufnahmenuten geformt sein, in die die mehreren elektrischen Leitungen einzulegen sind.
In einer Ausgestaltung ist der Kühlkanal in dem Gehäusemodul derart geformt und erstreckt, dass in den Kühlkanal geleitetes Kühlmittel einen die Aufnahmenut formenden Begrenzungsabschnitt der zugeordneten Gehäusebaugruppe umströmt. Der Begrenzungsabschnitt kann beispielsweise eine halbzylindrische Form aufweisen und sich innerhalb des durch das Körperelement der jeweiligen Gehäusebaugruppe definierten Strömungsraums erstrecken. Der Kühlkanal verläuft hierbei vorzugsweise über den Begrenzungsabschnitt hinweg und umströmt somit den Begrenzungsabschnitt, sodass Wärme an dem Begrenzungsabschnitt aufgenommen und abgeleitet werden kann.
Beispielsweise kann sich der Kühlkanal quer zu dem Verlauf der durch den Begrenzungsabschnitt geformten Aufnahmenut erstrecken. Das Kühlmittel wird somit quer über den Begrenzungsabschnitt hinweg geleitet, wobei der Kühlkanal durch mehrere, mäandrierende Kühlkanalabschnitte gebildet sein kann, sodass das Kühlmittel entlang unterschiedlicher Strömungsrichtungen mehrfach über den Begrenzungsabschnitt geleitet wird.
In einer Ausgestaltung weist das Kühlmodul zumindest ein Anschlusselement zum Anschließen einer Kühlleitung auf. Beispielsweise kann an dem Kühlmodul ein erstes Anschlusselement für eine Zuleitung und ein zweites Anschlusselement für eine Ableitung angeordnet sein, sodass Kühlmittel in das Kühlmodul eingeleitet und auch wieder aus dem Kühlmodul abgeleitet werden kann. Die Anschlusselemente können hierbei beispielsweise gemeinsam an einer der Gehäusebaugruppen angeordnet sein. Denkbar ist aber auch, dass die Anschlagelemente an unterschiedlichen Gehäusebaugruppen angeordnet sind.
Die Gehäusebaugruppen können zum Beispiel jeweils aus einem elektrisch isolierenden Material, insbesondere einem Kunststoff material gefertigt sein. Vorzugsweise weisen die Gehäusebaugruppen hierbei eine gute thermische Leitfähigkeit zum Aufnehmen und Ableiten von Wärme an einer zu kühlenden Leitung auf.
Eine Steckverbinderbaugruppe umfasst ein Steckverbinderteil, zumindest eine an das Steckverbinderteil angeschlossene elektrische Leitung und eine Kühleinrichtung nach der vorangehend beschriebenen Art. Eine solche Steckverbinderbaugruppe kann beispielsweise Bestandteil eines Ladesystems zum Aufladen eines Elektrofahrzeugs sein. Das Steckverbinderteil kann hierbei beispielsweise durch eine Ladedose auf Seiten eines Elektrofahrzeugs ausgebildet sein, wobei die elektrische Leitung sich beispielsweise ausgehend von dem Steckverbinderteil hin zu einer Fahrzeugbaugruppe des Elektrofahrzeugs, zum Beispiel zu einer Speichereinrichtung, insbesondere einer Batterieanordnung des Elektrofahrzeugs erstreckt. Über die Kühleinrichtung kann somit eine Kühlung auf Seiten des Elektrofahrzeugs zur Verfügung gestellt werden.
Der der Erfindung zugrunde liegende Gedanke soll nachfolgend anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert werden. Es zeigen:
Fig. 1 eine Ansicht eines Ladesystems mit einer Ladestation und einem aufzuladenden Elektrofahrzeug;
Fig. 2 eine Ansicht eines Ausführungsbeispiels eines Steckverbinderteils in Form einer Ladedose eines Elektrofahrzeugs;
Fig. 3 eine rückseitige Ansicht des Steckverbinderteils gemäß Fig. 2;
Fig. 4 eine Ansicht des Steckverbinderteils, mit einer Kühleinrichtung, die an
Leitungen angebracht ist, die an das Steckverbinderteil angeschlossen sind;
Fig. 5 eine gesonderte Ansicht eines Kühlmoduls der Kühleinrichtung;
Fig. 6 eine Ansicht von Gehäusebaugruppen des Kühlmoduls der Kühleinrichtung;
Fig. 7 eine Ansicht eines Körperelements und eines Gehäusedeckels einer
Gehäusebaugruppe;
Fig. 8 eine Ansicht des Deckelelements der anderen Gehäusebaugruppe;
Fig. 9 eine Explosionsansicht des Kühlmoduls;
Fig. 10 eine perspektivische Teilschnittansicht des Kühlmoduls;
Fig. 11 eine andere Schnittansicht durch das Kühlmodul entlang der Linie A-A gemäß Fig. 10;
Fig. 12 eine wiederum andere Schnittansicht durch das Kühlmodul entlang der Linie B-B gemäß Fig. 10; und
Fig. 13 eine Schnittansicht entlang der Linie C-C gemäß Fig. 10.
Fig. 1 zeigt eine Ladestation 1 , die zum Aufladen eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs
4, auch bezeichnet als Elektrofahrzeug, dient. Die Ladestation 1 ist dazu ausgestaltet, einen Ladestrom in Form eines Wechselstroms oder eines Gleichstroms zur Verfügung zu
stellen und weist ein Kabel 2 auf, das mit einem Ende 201 mit der Ladestation 1 und mit einem anderen Ende 200 mit einem Steckverbinderteil 3 in Form eines Ladesteckers verbunden ist.
Fig. 2 und 3 zeigen ein Ausführungsbeispiel eines Steckverbinderteils 40 in Form einer Ladedose auf Seiten des Elektrofahrzeugs 4. Mit dem Steckverbinderteil 40 kann das Steckverbinderteil 3 in Form des Ladesteckers an dem Ladekabel 2 steckend in Verbindung gebracht werden, um auf diese Weise eine Verbindung zwischen der Ladestation 1 und dem Elektrofahrzeug 4 herzustellen und Batterien des Elektrofahrzeugs 4 aufzuladen.
Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel weist das Steckverbinderteil 40 ein Gehäuse 400 und an einem Steckgesicht vorderseitig des Gehäuses 400 geformte Stecköffnungen 401, 402 auf, mit denen ein zugeordnetes Steckverbinderteil 3 an einem Ladekabel 2 steckend in Verbindung gebracht werden kann. Innerhalb der Stecköffnungen 401, 402 sind Steckabschnitte mit daran angeordneten elektrischen Kontaktelementen 403 geformt. Kontaktelemente im Bereich der oberen Stecköffnungen 401 dienen hierbei zur Übertragung eines Wechselstroms. Kontaktelemente 403 im Bereich der unteren Stecköffnungen 402 dienen demgegenüber zum Übertragen eines Ladestroms in Form eines Gleichstroms.
Elektrische Leitungen 41, auch bezeichnet als Lastleitungen zur Übertragung eines Ladestroms mit großer Stromstärke, sind bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 und 3 mit den Kontaktelementen 403 verbunden, sodass elektrische Ladeströme über die Leitungen 41 und die angeschlossenen Kontaktelemente 403 übertragen werden können.
Um ein zügiges Aufladen des Elektrofahrzeugs 4 im Rahmen eines sogenannten Schnellladevorgangs zu ermöglichen, weisen die übertragenen Ladeströme eine große Stromstärke, z.B. größer als 350 A, gegebenenfalls sogar in der Größenordnung von 500 A oder darüber, auf. Aufgrund solch hoher Ladeströme kommt es an dem Kabel 2 und an den Steckverbinderteilen 3, 40 zu thermischen Verlusten, die zu einem Erwärmen des Kabels 2 und des Steckverbinderteils 3, 40 führen können. Ebenso erwärmen sich die stromführenden Leitungen 41, die mit dem Steckverbinderteil 40 bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 und 3 verbunden sind.
Einer übermäßigen Erwärmung an dem Kabel 2 sowie dem Steckverbinderteil 3 kann üblicherweise durch eine Kühlung an dem Kabel 2 und/oder an dem Steckverbinderteil 3 entgegengewirkt werden. Zudem sind stromführende Komponenten, insbesondere Leitungsadern des Kabels 2 und Kontaktelemente des Steckverbinderteils 3, üblicherweise so dimensioniert, dass sie eine große Stromtragfähigkeit aufweisen und für einen fortdauernden Betrieb mit einer Vielzahl von aneinander anschließenden Ladevorgängen ausgelegt sind.
Eine übermäßige Erwärmung ist zudem auch an dem Steckverbinderteil 40 und den Leitungen 41 auf Seiten des Elektrofahrzeugs 4 zu vermeiden. Weil das Steckverbinderteil
40 und die daran angeschlossenen Leitungen 41 nach Beendigung eines Ladevorgangs üblicherweise für einen längeren Zeitraum nicht mit Strom beaufschlagt werden und sich somit nach einem vollendeten Ladevorgang wieder abkühlen können, sind die Anforderungen an eine Dimensionierung von Komponenten auf Seiten des Elektrofahrzeugs 4 üblicherweise reduziert. Es bestehen dabei jedoch normative Grenzen für eine zulässige maximale Erwärmung an dem Steckverbinderteil 40 und auch an den daran angeschlossenen Leitungen 41.
Üblicherweise ist hierbei eine maximal zulässige Temperatur für das Steckverbinderteil 40 unterschiedlich von der maximal zulässigen Temperatur für die Leitungen 41. Beispielsweise kann vorgeschrieben sein, dass sich das Steckverbinderteil 40 nur bis zu einer Temperatur erwärmen darf, beispielsweise 90 °C, die deutlich niedriger ist als die maximal zulässige Temperatur der Leitungen 41, die beispielsweise bei 180 °C liegt. Dies kann dazu führen, dass die Leitungen 41 aufgrund der geringeren Anforderungen mit vergleichsweise kleinem Leitungsquerschnitt dimensioniert werden und sich die Leitungen
41 im Betrieb somit stärker erwärmen als das Steckverbinderteil 40, was zur Folge haben kann, dass im Betrieb Wärme von den Leitungen 41 in das Steckverbinderteil 40 eingeleitet wird, was zu einer gesteigerten Erwärmung an dem Steckverbinderteil 40 führt.
Diesem soll vorliegend dadurch entgegengewirkt werden, dass eine Kühleinrichtung 5 zur Verfügung gestellt wird, wie sie in einem Ausführungsbeispiel in Fig. 4-12 dargestellt ist. Die Kühleinrichtung 5 soll an den Leitungen 41 angebracht werden, insbesondere im Bereich von Enden der Leitungen 41 , an denen die Leitungen 41 an das Steckverbinderteil 40 angeschlossen sind. Über die Kühleinrichtung 5 soll somit Wärme an einem Übergang zwischen den Leitungen 41 und dem Steckverbinderteil 40 aufgenommen und abgeleitet
werden, sodass Wärme von den Leitungen 41 nicht oder nur vermindert in das Steckverbinderteil 40 eingeleitet wird.
Die Kühleinrichtung 5 weist ein Kühlmodul 50 auf, an das eine Zuleitung 51 und eine Ableitung 52 für einen Kühlmittelstrom angeschlossen sind. Die Zuleitung 51 ist an ein Anschlusselement 510 des Kühlmoduls 50 angeschlossen und dient dazu, Kühlmittel in das Kühlmodul 50 einzuleiten. Über die Ableitung 52, die an ein Anschlusselement 520 des Kühlmoduls 50 angeschlossen ist, kann das Kühlmittel nach Durchströmen des Kühlmoduls 50 wieder abgeleitet werden, um auf diese Weise Wärme von dem Kühlmodul 50 abzutransportieren und auf diese Weise eine Kühlung an den elektrischen Leitungen 41 bereitzustellen.
Wie aus den Ansichten gemäß Fig. 5 und 6 ersichtlich ist, weist das Kühlmodul 50 zwei Gehäusebaugruppen 53, 54 auf, die in einem Vormontagezustand (Fig. 6) getrennt voneinander vorliegen und miteinander verbunden werden können, um in einer verbundenen Stellung (Fig. 5) Aufnahmekanäle 501 , 502 zwischen sich auszubilden, in denen die Leitungen 41 aufgenommen werden können. Über die Gehäusebaugruppen 53, 54 kann das Kühlmodul 50 somit mit den Leitungen 41 in Anlage gebracht werden, um Wärme an den Leitungen 41 aufzunehmen und von den Leitungen 41 abzuleiten.
Wie aus der Explosionsansicht gemäß Fig. 9 sowie den Ansichten gemäß Fig. 7 und 8 ersichtlich ist, weist eine jede Gehäusebaugruppe 53, 54 bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ein Körperelement 56A, 56B und ein mit dem jeweils zugeordneten Körperelement 56A, 56B verbundenes Deckelelement 55A, 55B auf. Zwischen dem Deckelelement 55A, 55B und dem Körperelement 56A, 56B ist jeweils ein Dichtungselement 566 angeordnet, sodass ein Übergang zwischen dem Deckelelement 55A, 55B und dem Körperelement 56A, 56B fluiddicht abgedichtet ist.
Ein jedes Körperelement 56A, 56B definiert einen Strömungsraum 565, innerhalb dessen Kühlmittel strömen kann. Die Deckelelemente 55A, 55B weisen hierbei jeweils einen Flächenabschnitt 550 und an dem Flächenabschnitt 550 geformte Wandungsabschnitte 551 in Form von senkrecht zu dem Flächenabschnitt 550 erstreckten Stegen auf, mit denen das Deckelelement 55A, 55B so in den Strömungsraum 565 des zugeordneten Körperelements 56A, 56B eingesetzt werden kann, dass eine untere Kante eines jeden Wandungsabschnitts 551 mit einem Boden des Körperelements 56A, 56B in Anlage
gelangt und somit in dem Strömungsraum 565 Kühlkanalabschnitte zur Ausbildung eines Kühlkanals 503 geformt werden, wie dies nachfolgend noch erläutert werden soll.
Wie dies aus Fig. 6 in Zusammenschau mit Fig. 7 und 9 ersichtlich ist, sind in dem Bereich des Bodens eines jeden Körperelements 56A, 56B Aufnahmenuten 560, 561 geformt, die gemeinsam die Aufnahmekanäle 501, 502 ausbilden (siehe Fig. 5). Die Aufnahmenuten 560, 561 werden jeweils durch halbzylindrische Begrenzungsabschnitte 567 geformt, die sich - wie zum Beispiel aus Fig. 9 ersichtlich - innerhalb des Strömungsraums 565 eines jeden Körperelements 56A, 56B erstrecken.
Die Gehäusebaugruppen 53, 54 bilden - an einander zugewandten Seiten, an denen auch die Aufnahmenuten 560, 561 geformt sind - Verbindungsabschnitte 562-564 aus, mit denen die Gehäusebaugruppen 53, 54 miteinander in Anlage gebracht werden, wenn die Gehäusebaugruppen 53, 54 zur Montage an zugeordneten Leitungen 41 miteinander verbunden, insbesondere miteinander verschraubt werden. Einer der Verbindungsabschnitte 562-564 einer jeden Gehäusebaugruppe 53, 54, nämlich der Verbindungsabschnitt 564, bildet hierbei eine Strömungsöffnung 568 aus, die zur Herstellung einer Strömungsverbindung mit der jeweils anderen Gehäusebaugruppe 54, 53 dient.
We dies beispielsweise aus Fig. 6 und Fig. 9 ersichtlich ist, sind die Verbindungsabschnitte 564 mit den daran geformten Strömungsöffnungen 568 der Gehäusebaugruppen 53, 54 einander zugewandt derart, dass bei aneinander angesetzten Gehäusebaugruppen 53, 54 die Strömungsöffnungen 568 aufeinander zu liegen kommen und somit bei miteinander verbundenen Gehäusebaugruppen 53, 54 eine Strömungsverbindung zwischen den Gehäusebaugruppen 53, 54 hergestellt ist. Zwischen den Verbindungsabschnitten 564 liegt hierbei ein Dichtungselement 57, das zum Abdichten eines Übergangs zwischen den Verbindungsabschnitten 564 und somit zum Abdichten eines durch die Strömungsöffnungen 568 in den Verbindungsabschnitten 564 geformten Strömungswegs dient, sodass Kühlmittel nicht am Übergang nach Außen abweichen kann.
We dies aus Fig. 9 ersichtlich ist, bildet das Dichtungselement 57 eine Mehrzahl von Kanalöffnungen 570 aus, die paarweise durch Dichtungsstege 571 voneinander getrennt sind. Einem jeden Dichtungssteg 571 ist hierbei ein Anlageabschnitt 552 an einer vom Flächenabschnitt 550 abliegenden Kante eines zugeordneten Wandungsabschnitts 551
eines jeden Deckelelements 55A, 55B zugeordnet, sodass bei montiertem Kühlmodul 50 Wandungsabschnitte 551 der Deckelelemente 55A, 55B beidseits an die Dichtungsstege 571 des Dichtungselements 57 anschließen und somit Kühlkanalabschnitte in beiden Gehäusebaugruppen 53, 54 ausbilden, die über die Verbindungsabschnitte 564 und die darin geformten Strömungsöffnungen 568 miteinander strömungsverbunden sind.
Wie dies aus Fig. 10-13 ersichtlich ist, werden durch die Wandungsabschnitte 551 an dem Deckelelement 55A, 55B der Gehäusebaugruppen 53, 54 Kühlkanalabschnitte 530, 540 innerhalb einer jeden Gehäusebaugruppe 53, 54 geformt, die gemeinsam einen Kühlkanal 503 ausbilden, durch den hindurch Kühlmittel zum Aufnehmen von Wärme an den elektrischen Leitungen 41 geleitet werden kann.
Wie dies aus Fig. 10 ersichtlich ist, wird im Betrieb Kühlmittel über eine an das Anschlusselement 510 angeschlossene Zuleitung 51 in einen Kühlkanalabschnitt 540 der Gehäusebaugruppe 54 eingeleitet und strömt quer zur Längserstreckungsrichtung der Leitungen 41 in den Aufnahmekanälen 501, 502 über die Begrenzungsabschnitte 567 im Bereich der Aufnahmekanäle 501, 502 hinweg. Durch eine zugeordnete Kanalöffnung 570 strömt das Kühlmittel in einen Kühlkanalabschnitt 530 in der Gehäusebaugruppe 53 ein und wiederum, nunmehr in entgegengesetzter Richtung, über die Aufnahmekanäle 501 , 502 hinweg und in einen benachbarten, parallelversetzten Kühlkanalabschnitt 530 der Gehäusebaugruppe 53 ein, wie dies aus Fig. 10 und 13 ersichtlich ist.
Nach Durchströmen dieses Kühlkanalabschnitts 530 gelangt der Kühlmittelstrom wiederum durch eine zugeordnete Kanalöffnung 570 in einen darunter gelegenen Kühlkanalabschnitt 540 in der Gehäusebaugruppe 54 und durchströmt die Gehäusebaugruppe 54, wie dies aus Fig. 11 ersichtlich ist, in Hin- und Rückrichtung, um wiederum durch eine Kanalöffnung 570 in einen weiteren Kühlkanalabschnitt 530 in der Gehäusebaugruppe 53 einzutreten, Kühlkanalabschnitte 530 in der Gehäusebaugruppe 53 zu durchströmen und schließlich über eine Kanalöffnung 570 in den in Fig. 11 oben dargestellten Kühlkanalabschnitt 540 der Gehäusebaugruppe 54 einzuströmen und über das Anschlusselement 520 und eine daran angeschlossene Ableitung 52 aus dem Kühlmodul 50 auszuströmen.
Über die Kühlkanalabschnitte 530, 540, die in jedem Gehäusemodul 53, 54 parallel zueinander erstreckt und quer zur Längserstreckungsrichtung der in den Aufnahmekanälen
501 , 502 aufgenommenen Leitungen 41 gerichtet sind (wie dies auch aus Fig. 12 ersichtlich ist), wird ein Kühlkanal 503 geschaffen, der mäandrierend in beiden Gehäusebaugruppen 53, 54 verläuft und das Kühlmittel mehrfach hin und zurück in beiden Gehäusebaugruppen 53, 54 über die Aufnahmekanäle 501, 502 und somit die darin aufgenommenen elektrischen Leitungen 41 leitet. Wärme kann somit an den Leitungen 41 aufgenommen und von den Leitungen 41 weg geleitet werden.
Wie aus Fig. 13 in Zusammenschau mit Fig. 10 ersichtlich ist, sind an dem Flächenabschnitt 550 eines jeden Deckelelements 55A, 55B Strömungselemente 553 geformt, die als hakenförmige Vorsprünge in den Bereich der Kühlkanalabschnitte 530, 540 innerhalb der zugeordneten Gehäusebaugruppe 53, 54 ragen und dazu dienen, den Kühlmittelstrom durch die Kühlkanalabschnitte 530, 540 so zu formen, dass insbesondere die die Aufnahmekanäle 501, 502 formenden Begrenzungsabschnitte 567 an dem Körperelement 56A, 56B umströmt werden und Wärme effizient an den Begrenzungsabschnitten 567 aufgenommen werden kann.
Die Körperelemente 56A, 56B und die Deckelelemente 55A, 55B bestehen vorteilhafterweise aus einem elektrisch nicht leitfähigen Material, insbesondere einem Kunststoffmaterial, das vorzugsweise gut wärmeleitfähig ist. Der in den Gehäusebaugruppen 53, 54 geleitete Kühlmittelstrom ist somit elektrisch von den in den Aufnahmekanälen 501, 502 aufgenommenen Leitungen 41 getrennt.
Alternativ können die Körperelemente 56A, 56B aber auch aus einem elektrisch leitfähigen Material, zum Beispiel einem Aluminiummaterial, gefertigt sein, wobei die Leitungen 41 über einen isolierenden Leitungsmantel gegenüber den Körperelementen 56A, 56B elektrisch isoliert sind.
Dadurch, dass die Gehäusebaugruppen 53, 54 in einem Vormontagezustand getrennt voneinander vorliegen und aneinander angesetzt werden können, um das Gehäusemodul 50 an zu kühlenden Leitungen 41 zu montieren, ergibt sich eine einfache Montage, insbesondere auch mit der Möglichkeit für eine Nachrüstung bei bereits montierten und an ein zugeordnetes Steckverbinderteil 40 angeschlossenen Leitungen 41.
Bei dem Kühlmittel kann es sich insbesondere um eine Kühlmittelflüssigkeit, zum Beispiel eine Wasser/Glykol-Mischung handeln. Auch andere Kühlmittel in Form flüssiger oder gasförmige Fluide können jedoch zur Kühlung verwendet werden. Der der Erfindung zugrunde liegende Gedanke ist nicht auf die vorangehend geschilderten Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern lässt sich auch in anderer Weise verwirklichen.
Eine Steckverbinderbaugruppe der beschriebenen Art kann vorteilhafter Weise an einem Ladesystem zum Aufladen eines Elektrofahrzeugs zum Einsatz kommen. Denkbar ist grundsätzlich aber auch eine andere Anwendung, insbesondere dort, wo große Ströme übertragen werden sollen und daher eine Kühlung an einer Steckverbinderbaugruppe bereitzustellen ist.
Bezugszeichenliste
1 Ladestation
2 Ladekabel
200, 201 Ende
3 Steckverbinderteil (Ladestecker)
4 Fahrzeug
40 Steckverbinderteil (Ladedose) 400 Gehäuse
401 , 402 Steckabschnitt 403 Elektrische Kontaktelemente
41 Lastleitung
5 Kühleinrichtung
50 Kühlmodul
501 , 502 Aufnahmekanal 503 Kühlkanal
51 Zuleitung 510 Anschlusselement
52 Ableitung 520 Anschlusselement 53, 54 Gehäusebaugruppe 530, 540 Kühlkanalabschnitte 55A, 55 B Deckelelement
550 Flächenabschnitt
551 Wandungsabschnitte
552 Anlageabschnitte
553 Strömungselement
56A, 56 B Körperelement 560, 561 Aufnahmenut 562-564 Verbindungsabschnitt
565 Strömungsraum
566 Dichtungselement
567 Begrenzungsabschnitt
568 Strömungsöffnung 57 Dichtungselement
570 Kanalöffnung
571 Dichtungsstege
Claims
1. Kühleinrichtung (5) zum Kühlen zumindest einer mit einem Steckverbinderteil (40) verbundenen elektrischen Leitung (41), mit einem an die zumindest eine elektrische Leitung (41) ansetzbaren Kühlmodul (50), das einen mit einem Kühlmittel durchströmbaren Kühlkanal (503) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlmodul (50) zwei Gehäusebaugruppen (53, 54) mit je einem Verbindungsabschnitt (564) und einer an dem Verbindungsabschnitt (564) geformten Strömungsöffnung (568) aufweist, wobei die Gehäusebaugruppen (53, 54) in einem Vormontagezustand getrennt voneinander vorliegen und zum Ansetzen an die zumindest eine elektrische Leitung (41) derart miteinander verbindbar sind, dass die zumindest eine elektrische Leitung (41) zwischen den Gehäusebaugruppen (53, 54) aufgenommen ist und die Strömungsöffnungen (568) der Verbindungsabschnitte (564) der Gehäusebaugruppen (53, 54) zur Ausbildung des Kühlkanals (503) in Strömungsverbindung miteinander stehen.
2. Kühleinrichtung (5) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jede Gehäusebaugruppe (53, 54) zumindest einen Kühlkanalabschnitt (530, 540) zur Ausbildung des Kühlkanals (503) aufweist.
3. Kühleinrichtung (5) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Kühlkanalabschnitt (530, 540) einer der Gehäusebaugruppen (53, 54) mit dem zumindest einen Kühlkanalabschnitt (530, 540) der anderen der Gehäusebaugruppen (53, 54) in Strömungsverbindung steht, wenn die Gehäusebaugruppen (53, 54) miteinander verbunden sind.
4. Kühleinrichtung (5) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine der Gehäusebaugruppen (53, 54) ein Körperelement (56A, 56B) und ein mit dem Körperelement (56A, 56B) verbundenes Deckelelement (55A, 55B) aufweist, wobei das Körperelement (56A, 56B) einen Strömungsraum (565) definiert, in dem der zumindest eine Kühlkanalabschnitt (530, 540) erstreckt ist.
5. Kühleinrichtung (5) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Deckelelement (55A, 55B) einen den Strömungsraum (565) begrenzenden Flächenabschnitt (550) und zumindest einen an dem Flächenabschnitt (550) geformten
Wandungsabschnitt (551) zur Begrenzung des zumindest einen Kühlkanalabschnitts (530, 540) aufweist.
6. Kühleinrichtung (5) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Wandungsabschnitt (551) sich derart hin zu dem Verbindungsabschnitt (564) der zumindest einen der Gehäusebaugruppen (53, 54) erstreckt, dass der zumindest eine Wandungsabschnitt (551) die Strömungsöffnung (568) in mehrere Kanalöffnungen (570) teilt.
7. Kühleinrichtung (5) nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Deckelelement (55A, 55B) eine Mehrzahl von Wandungsabschnitten (551) aufweist, zwischen denen Kühlkanalabschnitte (530, 540) geformt sind.
8. Kühleinrichtung (5) nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Flächenabschnitt (550) zumindest ein in den zumindest einen Kühlkanalabschnitt (530, 540) hineinragendes Strömungselement (553) geformt ist.
9. Kühleinrichtung (5) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlmodul (50) ein Dichtungselement (57) aufweist, das zwischen den Verbindungsabschnitten (563) der Gehäusebaugruppen (53, 54) angeordnet ist.
10. Kühleinrichtung (5) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das
Dichtungselement (57) eine Mehrzahl von Dichtungsstegen (571) aufweist, die unterschiedlichen Kühlkanalabschnitten (530, 540) zugeordnete Kanalöffnungen (570) voneinander trennen.
11. Kühleinrichtung (5) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine der Gehäusebaugruppen (53, 54) eine Aufnahmenut (560, 561) zum Aufnehmen der zumindest einen elektrischen Leitung (41) aufweist.
12. Kühleinrichtung (5) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkanal (503) derart geformt ist, dass in dem Kühlkanal (503) geleitetes Kühlmittel einen die
Aufnahmenut (560, 561) formenden Begrenzungsabschnitt (567) der zumindest einen der Gehäusebaugruppen (53, 54) umströmt.
13. Kühleinrichtung (5) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlmodul (50) zumindest ein Anschlusselement (510,
520) zum Anschließen einer Kühlleitung (51, 52) aufweist.
14. Steckverbinderbaugruppe, mit einem Steckverbinderteil (40), zumindest einer an das Steckverbinderteil (40) angeschlossen elektrischen Leitung (41) und einer Kühleinrichtung (5) zum Kühlen der zumindest einen elektrischen Leitung (41) nach einem der vorangehenden Ansprüche.
15. Ladesystem zum Aufladen eines Elektrofahrzeugs, mit einer Steckverbinderbaugruppe nach Anspruch 14.
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