Title:
Ladesystem zum Aufladen eines Elektrofahrzeugs
Kind Code:
A1


Abstract:

Ein Ladesystem zum Aufladen eines Elektrofahrzeugs (4) umfasst ein Steckverbinderteil (3) zum steckenden Verbinden mit einem Gegensteckverbinderteil (40) des Elektrofahrzeugs (4) und ein Ladekabel (2), an dem das Steckverbinderteil (3) angeordnet ist und das zumindest eine Lastleitung (23) zum Übertragen eines elektrischen Stroms und zumindest eine Fluidleitung (21, 22) zum Leiten eines gasförmigen Fluids zum Kühlen des Ladekabels (2) und/oder des an dem Ladekabel (2) angeordneten Steckverbinderteils (3) aufweist. Mit der zumindest einen Fluidleitung (21, 22) ist eine Fördereinrichtung (10) zum Fördern eines gasförmigen Fluids in die zumindest eine Fluidleitung (21, 22) strömungsverbunden. Zusätzlich ist eine zwischen der Fördereinrichtung (10) und der zumindest einen Fluidleitung (21, 22) angeordnete, mit der zumindest einen Fluidleitung (21, 22) strömungsverbundene Aufbereitungseinrichtung (11) zum Abscheiden zumindest einer Substanz aus dem von der Fördereinrichtung (10) in die zumindest eine Fluidleitung (21, 22) geförderten Fluids vorgesehen. Auf diese Weise wird ein Ladesystem bereitgestellt, das eine effektive Kühlung unter Verwendung eines gasförmigen Fluids ermöglicht.




Inventors:
Seifert, Holger (33014, Bad Driburg, DE)
Nobbenhuis, Andrè Hermann (33649, Bielefeld, DE)
Application Number:
DE102016118191A
Publication Date:
03/29/2018
Filing Date:
09/27/2016
Assignee:
PHOENIX CONTACT E-Mobility GmbH, 32816 (DE)
International Classes:
Domestic Patent References:
DE102015112347A1N/A2017-02-02
DE102010007975B4N/A2012-10-04
DE102010029833A1N/A2011-01-05



Foreign References:
59847061999-11-16
WO2015119791A12015-08-13
Other References:
Verdichter (Kompressor). 18.09.2016, Wikipedia [online].
Claims:
1. Ladesystem zum Aufladen eines Elektrofahrzeugs (4), mit
– einem Steckverbinderteil (3) zum steckenden Verbinden mit einem Gegensteckverbinderteil (40) des Elektrofahrzeugs (4),
– einem Ladekabel (2), an dem das Steckverbinderteil (3) angeordnet ist und das zumindest eine Lastleitung (23) zum Übertragen eines elektrischen Stroms und zumindest eine Fluidleitung (21, 22) zum Leiten eines gasförmigen Fluids zum Kühlen des Ladekabels (2) und/oder des an dem Ladekabel (2) angeordneten Steckverbinderteils (3) aufweist, und
– einer mit der zumindest einen Fluidleitung (21, 22) strömungsverbundenen Fördereinrichtung (10) zum Fördern eines gasförmigen Fluids in die zumindest eine Fluidleitung (21, 22),
gekennzeichnet durch
eine zwischen der Fördereinrichtung (10) und der zumindest einen Fluidleitung (21, 22) angeordnete, mit der zumindest einen Fluidleitung (21, 22) strömungsverbundene Aufbereitungseinrichtung (11) zum Abscheiden zumindest einer Substanz aus dem von der Fördereinrichtung (10) in die zumindest eine Fluidleitung (21, 22) geförderten Fluids.

2. Ladesystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufbereitungseinrichtung (11) durch einen Ölabscheider oder einen Kondensatabscheider ausgebildet ist.

3. Ladesystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Fördereinrichtung (10) durch eine Kompressoreinrichtung zum Verdichten des Fluids ausgebildet ist.

4. Ladesystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Fördereinrichtung (10) durch einen Turbokompressor ausgebildet ist, der zumindest ein an einer Welle (101) angeordnetes, drehbares Laufrad (101) aufweist, das durch eine Antriebseinrichtung (103) antreibbar ist und eine Mehrzahl von Schaufelblättern (102) zum Fördern des Fluids aufweist.

5. Ladesystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Fördereinrichtung (10) durch ein Reservoir ausgebildet ist, aus dem das Fluid durch Expansion des Fluids gefördert wird.

6. Ladesystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluid Stickstoff, Kohlendioxid oder ein Edelgas ist.

7. Ladesystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluid ein Gas oder Gasgemisch mit einem Reinheitsgrad größer 99,9%-Vol. ist.

8. Ladesystem zum Aufladen eines Elektrofahrzeugs (4), mit
– einem Steckverbinderteil (3) zum steckenden Verbinden mit einem Gegensteckverbinderteil (40) des Elektrofahrzeugs (4),
– einem Ladekabel (2), an dem das Steckverbinderteil (3) angeordnet ist und das zumindest eine Lastleitung (23) zum Übertragen eines elektrischen Stroms und zumindest eine Fluidleitung (21, 22) zum Leiten eines gasförmigen Fluids zum Kühlen des Ladekabels (2) und/oder des an dem Ladekabel (2) angeordneten Steckverbinderteils (3) aufweist, und
– einer mit der zumindest einen Fluidleitung (21, 22) strömungsverbundenen Fördereinrichtung (10) zum Fördern eines gasförmigen Fluids in die zumindest eine Fluidleitung (21, 22),
dadurch gekennzeichnet,
dass die Fördereinrichtung (10) durch einen Turbokompressor ausgebildet ist, der zumindest ein an einer Welle (101) angeordnetes, drehbares Laufrad (101) aufweist, das durch eine Antriebseinrichtung (103) antreibbar ist und eine Mehrzahl von Schaufelblättern (102) zum Fördern des Fluids aufweist.

9. Ladesystem zum Aufladen eines Elektrofahrzeugs (4), mit
– einem Steckverbinderteil (3) zum steckenden Verbinden mit einem Gegensteckverbinderteil (40) des Elektrofahrzeugs (4),
– einem Ladekabel (2), an dem das Steckverbinderteil (3) angeordnet ist und das zumindest eine Lastleitung (23) zum Übertragen eines elektrischen Stroms und zumindest eine Fluidleitung (21, 22) zum Leiten eines gasförmigen Fluids zum Kühlen des Ladekabels (2) und/oder des an dem Ladekabel (2) angeordneten Steckverbinderteils (3) aufweist, und
– einer mit der zumindest einen Fluidleitung (21, 22) strömungsverbundenen Fördereinrichtung (10) zum Fördern eines gasförmigen Fluids in die zumindest eine Fluidleitung (21, 22),
dadurch gekennzeichnet,
dass das Fluid ein Gas oder Gasgemisch mit einem Reinheitsgrad größer 99,9%-Vol. ist.

10. Ladesystem nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluid Stickstoff, Kohlendioxid oder ein Edelgas ist.

Description:

Die Erfindung betrifft ein Ladesystem nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Ein derartiges Ladesystem zum Aufladen eines Elektrofahrzeugs umfasst ein Steckverbinderteil zum steckenden Verbinden mit einem Gegensteckverbinderteil des Elektrofahrzeugs und ein Ladekabel, an dem das Steckverbinderteil angeordnet ist und das zumindest eine Lastleitung zum Übertragen eines elektrischen Stroms und zumindest eine Fluidleitung zum Leiten eines gasförmigen Fluids zum Kühlen des Ladekabels und/oder des an dem Ladekabel angeordneten Steckverbinderteils aufweist. Mit der zumindest einen Fluidleitung ist eine Fördereinrichtung strömungsverbunden, die zum Fördern eines gasförmigen Fluids in die zumindest eine Fluidleitung dient, um auf diese Weise eine Kühlung an dem Ladekabel und/oder dem Steckverbinderteil bereitzustellen.

Ladeströme können grundsätzlich als Gleichströme oder als Wechselströme übertragen werden, wobei insbesondere Ladeströme in Form von Gleichstrom eine große Stromstärke, beispielsweise größer als 200 A oder sogar größer als 350 A, aufweisen und zu einer Erwärmung des Kabels genauso wie eines mit dem Kabel verbundenen Steckverbinderteils führen können. Dies kann erforderlich machen, das Kabel zu kühlen.

Ein aus der DE 10 2010 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.

Bestehende Lösungen von Ladekabeln mit einer integrierten Kühlleitung haben ggf. den Nachteil, dass ein Abführen von Wärme an einer Lastleitung – insbesondere bei großen Ladeströmen – nur bedingt möglich ist. Im Ergebnis kann es trotz einer Kühlleitung zu einer (nennenswerten) Erwärmung an dem Kabel kommen.

Eine Lösung, um einer solchen Erwärmung an dem Kabel entgegenzuwirken, könnte darin liegen, den Querschnitt der Lastleitung in dem Kabel weiter zu vergrößern. Dies hat jedoch den Nachteil, dass das Kabel insgesamt schwerer und weniger flexibel wird, so dass die Handhabbarkeit des Kabels für einen Nutzer beeinträchtigt sein kann.

Bei einem Ladesystem zum Aufladen eines Elektrofahrzeugs entsteht Wärme nicht nur an dem Kabel, mit dem ein Ladestecker beispielsweise mit einer Ladestation verbunden ist, sondern auch an dem Ladestecker und insbesondere innerhalb des Ladesteckers beispielsweise an Kontaktelementen, über die ein elektrischer Kontakt mit zugeordneten Gegenkontaktelementen beispielsweise auf Seiten einer Ladebuchse an einem Elektrofahrzeug hergestellt wird, wenn der Ladestecker in die Ladebuchse eingesteckt ist. Solche Kontaktelemente, die aus einem elektrisch leitfähigen Metallmaterial, beispielsweise aus einem Kupferwerkstoff, gefertigt sind, erwärmen sich, wenn ein Ladestrom über die Kontaktelemente fließt, wobei grundsätzlich die Kontaktelemente in Abhängigkeit von dem zu übertragenden Ladestroms so zu dimensionieren sind, dass die Kontaktelemente eine hinreichende Stromtragfähigkeit aufweisen und eine Erwärmung an den Kontaktelementen begrenzt ist. Hierbei gilt, dass ein Kontaktelement umso größer zu dimensionieren ist, je größer der zu übertragende Ladestrom ist.

Einer Skalierung der Kontaktelementgröße mit steigendem Ladestrom sind jedoch aufgrund des damit einhergehenden Bauraumbedarfs, des Gewichts und der Kosten Grenzen gesetzt. Es besteht daher ein Bedürfnis danach, einen großen Ladestrom mit einem vergleichsweise klein dimensionierten Kontaktelement zu übertragen.

Bei einem aus der WO 2015/119791 A1 bekannten Ladesystem zum Aufladen eines Elektrofahrzeugs sind innerhalb eines Ladekabels Kühlmittelleitungen geführt, über die Wärme auch aus dem Bereich eines an das Ladekabel angeschlossenen Steckverbinderteils abgeführt werden kann.

Bei Verwendung eines gasförmigen Fluids als Kühlmittel erfolgt die Kühlung durch Konvektion, indem Wärme an dem Ladekabel und/oder dem Steckverbinderteil, insbesondere den Kontaktelementen des Steckverbinderteils, durch Konvektion aufgenommen wird. Das kühlende Gas wird hierzu entlang des Ladekabels und durch das Steckverbinderteil geleitet, sodass das Gas durch Bereiche des Ladekabels und des Steckverbinderteils strömen kann, in denen Strom fließt und in denen es somit im Betrieb zur einer Erwärmung kommen kann.

Bei einer solchen Kühlung ist sicherzustellen, dass durch die Kühlung die elektrische Isolierung von Lastleitungen in dem Ladekabel und von Kontaktelementen in dem Steckverbinderteil nicht beeinträchtigt ist.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Ladesystem bereitzustellen, das eine effektive Kühlung unter Verwendung eines gasförmigen Fluids ermöglicht.

Diese Aufgabe wird durch einen Gegenstand mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Demnach umfasst das Ladesystem eine zwischen der Fördereinrichtung und der zumindest einen Fluidleitung angeordnete, mit der zumindest einen Fluidleitung strömungsverbundene Aufbereitungseinrichtung zum Abscheiden zumindest einer Substanz aus dem von der Fördereinrichtung in die zumindest eine Fluidleitung geförderten Fluid.

Mittels der zumindest einen Fluidleitung kann eine Kühlung des Ladekabels bereitgestellt werden. Zudem kann mittels der mindestens einen Fluidleitung ein Fluid auch dem Steckverbinderteil zugeführt werden und einen Abschnitt des Steckverbinderteils durchströmen, um beispielsweise Wärme an einem oder mehreren elektrischen Kontaktelementen des Steckverbinderteils aufzunehmen. Hierzu kann das gasförmige Fluid ein Kontaktelement (frei) umströmen, durch eine Leitung an dem Kontaktelement geführt sein oder auch durch einen in das Kontaktelement eingeformten Kanal hindurchgeleitet sein.

Die Aufbereitungseinrichtung dient dazu, solche Substanzen, die gegebenenfalls nachteilige Auswirkungen auf den Betrieb des Ladesystems haben könnten, aus dem gasförmigen Fluid zu entfernen. Bei der Aufbereitungseinrichtung kann es sich beispielsweise um einen Ölabscheider oder einen Kondensatabscheider handeln, sodass mittels der Aufbereitungseinrichtung beispielsweise Ölanteile oder Feuchtigkeitsanteile aus dem Fluid entfernt werden können.

Mittels der Aufbereitungseinrichtung können insbesondere solche Substanzen aus dem Fluid entfernt werden, die gegebenenfalls einen Einfluss auf die elektrische Isolierung von Komponenten das Ladekabels und/oder des Steckverbinderteils haben könnten. Enthält das Fluid beispielsweise Substanzen, die unter Umständen eine elektrische Leitfähigkeit bewirken können und demzufolge die Spannungsfestigkeit zwischen Komponenten des Ladekabels oder des Steckverbinderteils, beispielsweise zwischen Kontaktelementen des Steckverbinderteils, beeinträchtigen könnten, so können diese Substanzen mittels der Aufbereitungseinrichtung aus dem Fluid entfernt werden, sodass deren Anteil in dem Fluid minimiert und demzufolge eine mögliche Beeinträchtigung der Spannungsfestigkeit reduziert wird.

Die Aufbereitungseinrichtung ist zwischen der Fördereinrichtung und der zumindest einen Fluidleitung des Ladekabels angeordnet. Die Fördereinrichtung fördert somit das Fluid über die Aufbereitungseinrichtung in die Fluidleitung hinein, sodass das Fluid aufbereitet wird, bevor es in die Fluidleitung gelangt. Das in der Fluidleitung hin zum Steckverbinderteil strömende Fluid ist somit aufbereitet und somit gereinigt, sodass es vorteilhafte Eigenschaften zum Kühlen des Ladekabels und des mit dem Ladekabel verbundenen Steckverbinderteils aufweist.

Ein Ölabscheider dient dazu, Öle aus dem Fluid abzuscheiden. Ein Kondensatabscheider dient demgegenüber dazu, Feuchtigkeitsbestandteile aus dem Fluid abzuscheiden. Mittels des Ölabscheiders kann das Fluid somit von Ölbestandteilen gereinigt werden. Mittels des Kondensatabscheiders kann der Wassergehalt des Fluids minimiert werden. Ein Ölabscheider kann beispielsweise einen Filter verwenden, um Ölbestandteile aus dem Fluid abzuscheiden. Ein Kondensatabscheider kann demgegenüber beispielsweise durch einen Druckluftkältetrockner ausgebildet sein, der einem durch einen Kompressor verdichteten Fluid, insbesondere Luft, Feuchtigkeit entzieht. Dies folgt dem Prinzip, dass das Wasseraufnahmevermögen von Luft vor allem von der Temperatur abhängt. Steigt die Lufttemperatur, steigt auch die Fähigkeit, Wasserdampf aufzunehmen. Wird angesaugte Luft durch einen Kompressor verdichtet, erhöht sich der Wasserdampfanteil in der verdichteten Luft, der dann bei Temperaturabsenkung kondensiert und als flüssiges Wasser auftritt. In einem Druckluftkältetrockner wird Kondensat von Druckluft getrennt und abgeleitet, unter Verwendung eines Wärmetauschers, beispielsweise eines Plattenwärmetauschers, eines Rohrbündelwärmetauschers oder eines Lamellenwärmetauschers.

Bei der Fördereinrichtung kann es sich beispielsweise um eine Kompressoreinrichtung zum Verdichten des Fluids handeln. Die Kompressoreinrichtung fördert das Fluid hin zu der angeschlossenen Fluidleitung, sodass das Fluid durch die Fluidleitung entlang des Ladekabels in Richtung des Steckverbinderteils strömt. Bei einem Kompressor (auch als Verdichter bezeichnet) handelt es sich um eine Fluidenergiemaschine, die zum Komprimieren von Gasen dient. Solche Kompressoren können beispielsweise als sogenannte Kolbenverdichter oder Schraubenverdichter ausgestaltet sein.

In einer konkreten Ausgestaltung ist die Fördereinrichtung durch einen Turbokompressor ausgebildet, der zumindest ein an einer Welle angeordnetes, drehbares Laufrad aufweist. Das Laufrad wird durch einen (elektrischen) Antrieb angetrieben und trägt eine Mehrzahl von Schaufelblättern, die durch Drehen des Laufrads einen Fluidstrom fördern. Ein solcher Turbokompressor ist in der Lage, einen vergleichsweise großen Volumenstrom zu erzeugen. Durch Verwendung eines solchen Turbokompressors kann erreicht werden, dass bei der Kompression vergleichsweise geringe Anteile von kontaminierenden Substanzen, zum Beispiel Öle, dem Fluid beigemischt werden und die Reinheit des Fluids bei der Förderung durch den Turbokompressor somit nicht oder zumindest nur geringfügig beeinträchtigt wird.

Denkbar und möglich ist auch, die Fördereinrichtung durch ein Reservoir auszugestalten, aus dem das Fluid unter Expansion des Fluids entweichen kann. In dem Reservoir wird das Fluid unter Druck oder beispielsweise in flüssiger Form vorgehalten. Durch Expansion wird das Fluid aus dem Reservoir gefördert und strömt in die Fluidleitung ein. Die Verwendung einer solchen Fördereinrichtung in Form eines Reservoirs kann den Vorteil mit sich bringen, dass das Fluid in dem Reservoir in besonders reiner Form vorgehalten werden kann und keine nachfolgende Kompression in einer Kompressoreinrichtung erforderlich ist. Eine Kontamination des Fluids durch eine Kompression in einer Kompressoreinrichtung ist damit ausgeschlossen.

Gegebenenfalls kann ein solches Reservoir aber auch zusätzlich zu einer Kompressoreinrichtung verwendet werden. Das Fluid kann somit aus einem Reservoir hin zu einer Kompressoreinrichtung, beispielsweise einem Turbokompressor, strömen, um in der Kompressoreinrichtung weiter verdichtet und hin zu der Fluidleitung gefördert zu werden.

Bei dem gasförmigen Fluid kann es sich beispielsweise um Stickstoff, Kohlendioxid oder ein Edelgas handeln.

Das gasförmige Fluid weist vorzugsweise einen Reinheitsgrad oberhalb einer bestimmten Grenze auf. Wird eine Aufbereitungseinrichtung verwendet, so wird dieser Reinheitsgrad z.B. durch die Aufbereitungseinrichtung eingestellt. Vorteilhaft kann aber sein, dass das Fluid bereits in einem Reservoir in besonders reiner Form vorliegt. So kann z.B. ein Fluid in Form von z. B. Kohlendioxid, Stickstoff oder einem Edelgas vorteilhafterweise mit einem Reinheitsgrad von über 99,9%-Vol. (Volumenprozent) verwendet werden. Hierunter wird verstanden, dass der Volumenanteil von Verunreinigungen im Fluid, also der Gehalt fremder Stoffe im Fluid, kleiner als 0,1%-Vol. ist. Das Fluid liegt somit in hochreiner Form vor.

Die Aufgabe wird auch gelöst durch ein Ladesystem zum Aufladen eines Elektrofahrzeugs, das ein Steckverbinderteil zum steckenden Verbinden mit einem Gegensteckverbinderteil des Elektrofahrzeugs und ein Ladekabel, an dem das Steckverbinderteil angeordnet ist und das zumindest eine Lastleitung zum Übertragen eines elektrischen Stroms und zumindest eine Fluidleitung zum Leiten eines gasförmigen Fluids zum Kühlen des Ladekabels und/oder des an dem Ladekabel angeordneten Steckverbinderteils aufweist, umfasst. Mit der zumindest einen Fluidleitung ist eine Fördereinrichtung strömungsverbunden, die zum Fördern eines gasförmigen Fluids in die zumindest eine Fluidleitung dient. Hierbei ist vorgesehen, dass die Fördereinrichtung durch einen Turbokompressor ausgebildet ist, der zumindest ein an einer Welle angeordnetes, drehbares Laufrad aufweist, das durch eine Antriebseinrichtung antreibbar ist und eine Mehrzahl von Schaufelblättern zum Fördern des Fluids aufweist.

Mittels eines solchen Turbokompressors kann ein vergleichsweise großer Volumenstrom eines gasförmigen Fluids in die Fluidleitung gefördert werden. Durch Verwendung eines solchen Turbokompressors kann eine Verunreinigung des geförderten Fluids beim Verdichten weitestgehend reduziert werden. Beispielsweise kann zumindest weitestgehend vermieden werden, dass beim Verdichten Ölanteile in das Fluid gelangen. Eine Kontamination des Fluids beim Verdichten kann somit zumindest reduziert werden, beispielsweise im Vergleich zur Kompression unter Verwendung eines herkömmlichen Kolbenverdichters oder Schraubenverdichters.

Die Aufgabe wird zudem auch gelöst durch ein Ladesystem zum Aufladen eines Elektrofahrzeugs, das ein Steckverbinderteil zum steckenden Verbinden mit einem Gegensteckverbinderteil des Elektrofahrzeugs und ein Ladekabel, an dem das Steckverbinderteil angeordnet ist und das zumindest eine Lastleitung zum Übertragen eines elektrischen Stroms und zumindest eine Fluidleitung zum Leiten eines gasförmigen Fluids zum Kühlen des Ladekabels und/oder des an dem Ladekabel angeordneten Steckverbinderteils aufweist, umfasst. Mit der zumindest einen Fluidleitung ist eine Fördereinrichtung strömungsverbunden, die zum Fördern eines gasförmigen Fluids in die zumindest eine Fluidleitung dient. Dabei ist vorgesehen, dass das Fluid ein Gas oder Gasgemisch mit einem Reinheitsgrad von vorteilhafterweise über 99,9%-Vol. ist.

Bei dem Fluid kann es sich beispielsweise um Stickstoff handeln.

Dadurch, dass das Fluid einen besonderen Reinheitsgrad aufweist und somit nur geringe Anteile an kontaminierenden Substanzen, beispielsweise Ölanteilen oder Feuchtigkeitsanteilen, enthält, die ansonsten zu einer Beeinträchtigung der Spannungsfestigkeit des Ladekabels oder des Steckverbinderteils führen könnten, kann die Sicherheit des Ladesystems erhöht werden. Insbesondere kann ausgeschlossen werden, dass es durch Verwendung des gasförmigen Fluids zum Kühlen zu einem Kurzschluss beispielsweise in dem Steckverbinderteil kommen kann.

Der der Erfindung zugrunde liegende Gedanke soll nachfolgend anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert werden. Es zeigen:

1 eine Ansicht einer Ladestation mit einem daran angeordneten Kabel;

2 eine Ansicht eines Steckverbinderteils des Kabels;

3 eine schematische Ansicht eines Ladesystems mit einem an einem Ladekabel angeordneten Steckverbinderteil;

4 eine schematische Ansicht eines Ladesystems, bei dem zwischen einer Fördereinrichtung und einer Fluidleitung des Ladekabels eine Aufbereitungseinrichtung angeordnet ist;

5 eine schematische Ansicht eines Ladesystems, bei dem ein Fluid aus einer Fördereinrichtung in Form eines Reservoirs in eine Fluidleitung eingeleitet wird;

6 eine schematische Ansicht einer Fördereinrichtung in Form eines Turbokompressors;

7A eine schematische Vorderansicht eines Schaufelrads des Turbokompressors; und

7B eine schematische, perspektivische Ansicht des Schaufelrads.

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.

Wie aus der vergrößerten Ansicht gemäß 2 ersichtlich, weist das Steckverbinderteil 3 an einem Gehäuse 30 Steckabschnitte 300, 301 auf, mit denen das Steckverbinderteil 3 steckend mit einem zugeordneten Gegensteckverbinderteil 40 in Form einer Ladebuchse an dem Fahrzeug 4 in Eingriff gebracht werden kann. Auf diese Weise kann die Ladestation 1 elektrisch mit dem Fahrzeug 4 verbunden werden, um Ladeströme von der Ladestation 1 hin zu dem Fahrzeug 4 zu übertragen.

Um ein zügiges Aufladen des Elektrofahrzeugs 4 zu ermöglichen, weisen die übertragenen Ladeströmen eine große Stromstärke, z.B. größer als 200 A, gegebenenfalls sogar in der Größenordnung von 350 A oder darüber, auf. Aufgrund solch hoher Ladeströme kommt es an den Leitungen des Kabels 2 zu thermischen Verluste, die zu einem Erwärmen des Kabels 2 führen können. Bei den an einer Ladestation 1 heutzutage verwendeten Stromstärken können beispielsweise thermische Verluste im Bereich von 150 W pro Meter des Kabels 2 oder gar mehr auftreten, was mit einer erheblichen Erwärmung an dem Kabel 2 einhergehen kann.

Einer großen Stromstärke könnte generell durch Verwenden von elektrischen Leitungen mit großem Leitungsquerschnitt begegnet werden. Dies erhöht jedoch nicht nur die Kosten des Kabels 2, sondern beeinträchtigt zudem die Handhabbarkeit des Kabels 2, weil mit dem Leitungsquerschnitt auch das Gewicht der Leitungen und damit des Kabels 2 steigt. Es besteht daher ein Bedürfnis nach einer aktiven Kühlung des Kabels 2, mit der eine übermäßige Erwärmung des Kabels 2 vermieden werden kann, ohne dass hierzu zwingend eine übermäßige Vergrößerung des Leitungsquerschnitts der in dem Kabel 2 verlegten Leitungen erforderlich ist.

Bei einem in 3 dargestellten Ausführungsbeispiel eines Ladesystems weist ein Ladekabel 2 ein oder mehrere Lastleitungen 23 auf, die zum Führen eines elektrischen Stroms dienen. Das Ladekabel 2 ist einerseits mit einer Ladestation 1 und andererseits mit einem Steckverbinderteil 3 verbunden, das an ein zugeordnetes Gegensteckverbinderteil 40 auf Seiten eines Elektrofahrzeugs 4 eingesteckt werden kann, um auf diese Weise eine elektrische Verbindung zwischen der Ladestation 1 und dem Elektrofahrzeug 4 zum Aufladen von Batterien des Elektrofahrzeugs 4 herzustellen.

Bei den Lastleitungen 23 kann es sich beispielsweise um elektrische Leitungen handeln, die zum Übertragen eines Gleichstroms dienen. Denkbar und möglich ist aber auch, dass ein Ladestrom in Form eines Wechselstroms übertragen wird.

Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind in einem Kabelschlauch 20 des Ladekabels 2 Fluidleitungen 21, 22 eingefasst, die sich in dem Ladekabel 2 erstrecken und zum Leiten eines kühlenden Fluids entlang des Ladekabels 2 dienen. Die Fluidleitungen 21, 22 erstrecken sich entlang der gesamten Länge des Ladekabels 2 von der Ladestation 1 bis hin zum Steckverbinderteil 3, wobei eine erste Fluidleitung 21 zum Leiten eines Fluids von der Ladestation 1 hin zum Steckverbinderteil 3 in eine erste Flussrichtung F1 und eine zweite Fluidleitung 22 zum Zurückführen des Fluids von dem Steckverbinderteil 3 hin zur Ladestation 1 in eine zweite Flussrichtung F2 dient. Die Fluidleitungen 21, 22 sind miteinander verbunden und bilden einen Kreislauf, der auch durch das Steckverbinderteil 3 verläuft und somit eine Kühlung nicht nur an dem Ladekabel 2, sondern auch in dem Steckverbinderteil 3 bereitstellt.

Die Fluidleitungen 21, 22 werden im Betrieb durch ein gasförmiges Fluids durchströmt, das durch eine Fördereinrichtung 10 beispielsweise in Form einer Kompressoreinrichtung in die Fluidleitung 21 eingespeist wird. Die Fluidleitungen 21, 22 sind beispielsweise schlauchförmig ausgestaltet, dabei aber beispielsweise dünnwandig, sodass ein durch die Fluidleitungen 21, 22 strömendes Fluids auf seinem Weg entlang des Ladekabels 2 und durch das Steckverbinderteil 3 konvektiv Wärme aufnehmen und von dem Ladekabel 2 und dem Steckverbinderteil 3 abführen kann.

Denkbar und möglich ist hierbei auch, dass das Fluid durch einen Raum des Gehäuses 30 des Steckverbinderteils 3 strömt und beispielsweise Kontaktelemente 302 des Steckverbinderteils 3 an-, durch- oder umströmt. Auf diese Weise kann das Fluid effektiv Wärme an den Kontaktelementen 302 aufnehmen und von den Kontaktelementen 302 abführen.

Insbesondere dann, wenn ein kühlendes Fluids stromleitende Komponenten, beispielsweise die Kontaktelemente 302 des Steckverbinderteils 3, frei umströmt, ist sicherzustellen, dass durch diese Kühlung die Betriebssicherheit des Ladesystems nicht beeinträchtigt ist. Insbesondere ist sicherzustellen, dass durch das Fluid die Isolierung zwischen Kontaktelementen 302 des Steckverbinderteils 3 nicht beeinträchtigt ist, sodass es nicht zu Kurzschlüssen an dem Steckverbinderteil 3 oder an sonstigen Komponenten des Ladesystems kommen kann.

Aus diesem Grund ist bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 4 zwischen der Kompressoreinrichtung 10 und der Fluidleitung 21 eine Aufbereitungseinrichtung 11 vorgesehen, die beispielsweise als Ölabscheider oder als Kondensatabscheider ausgestaltet sein kann und dazu dient, Substanzen aus dem von der Fördereinrichtung 10 in die Fluidleitung 21 geförderten Fluid abzusondern. Beispielsweise kann die Aufbereitungseinrichtung 11 dazu dienen, Ölanteile und/oder Feuchtigkeitsanteile aus dem Fluid abzuscheiden, sodass der Ölgehalt und/oder der Feuchtigkeitsgehalt in dem Fluid reduziert wird.

Insbesondere können mittels der Aufbereitungseinrichtung 11 solche Substanzen ausgesondert werden, die ansonsten eine elektrische Leitfähigkeit bewirken und somit eine Beeinträchtigung der Isolierung zwischen elektrisch leitenden Komponenten des Ladesystems zur Folge haben könnten. Dadurch, dass das Fluid in aufbereiteter Form in die Fluidleitung 21 und somit über die Fluidleitungen 21, 22 entlang des Ladekabels 2 und durch das Steckverbinderteil 3 gefördert wird, kann die Sicherheit des Gesamtsystems erhöht werden, weil insbesondere das Risiko für Kurzschlüsse in dem System reduziert ist.

Der durch die Fluidleitungen 21, 22 bereitgestellte Kreislauf kann innerhalb der Ladestation 1 offen oder geschlossen sein. So kann über die Fluidleitung 22 zurückströmendes Fluid wiederum über die Fördereinrichtung 10 in die Fluidleitung 21 eingespeist werden, sodass ein geschlossener Kreislauf bereitgestellt wird. Denkbar und möglich ist aber auch, dass das Fluid aus der Fluidleitung 22 abströmt und nicht zurück in die Fluidleitung 21 geführt wird.

Die Fluidleitungen 21, 22 können als Schlauchleitungen innerhalb des Kabelschlauchs 20 verlegt sein. Denkbar und möglich ist aber auch, dass das Fluid frei innerhalb des Kabelschlauchs 20 strömt und der Kabelschlauch 20 somit selbst eine Fluidleitung ausbildet. In diesem Fall könnte gegebenenfalls auch auf eine rückführende Fluidleitung 22 verzichtet werden, wenn das Fluid auf Seiten des Steckverbinderteils 3 frei ausströmen kann.

Bei der Kompressoreinrichtung 10 kann es sich beispielsweise um einen Kolbenverdichter oder auch einen Schraubenverdichter handeln.

In einer konkreten Ausgestaltung ist die Fördereinrichtung 10 durch einen Turbokompressor ausgebildet, wie er schematisch in 6 und 7A, 7B dargestellt ist. Ein solcher Turbokompressor verwirklicht eine kinematische Umkehr einer Turbine und weist ein drehbares, durch eine elektrische Antriebseinrichtung 103 angetriebenes Laufrad 100 mit an einer Welle 101 angeordneten Schaufelrädern 102 auf. Das Laufrad 100 dient zum Fördern eines Volumenstroms durch die Fördereinrichtung 10 hin zur Fluidleitung 21, indem das Laufrad 100 mittels der Antriebseinrichtung 103 angetrieben und somit ein gasförmiges Fluids in die Flussrichtung F1 gefördert wird.

Ein solcher Turbokompressor kann ein oder mehrere Laufräder 100 aufweisen. Die Laufräder 100 können dazu ausgestaltet sein, einen axialen Fluidstrom oder einen radialen, nach außen gerichteten Fluidstrom (so genannter Axial- oder Radialkompressor) zu erzeugen.

Die Verwendung eines Turbokompressors hat den Vorteil, dass eine Verschmutzung des Fluidstroms beispielsweise durch Öle vermieden werden kann. Die Reinheit des Fluidstroms wird somit durch die Kompression in der Fördereinrichtung 10 nicht oder nur geringfügig beeinträchtigt.

Wird ein solcher Turbokompressor als Fördereinrichtung 10 verwendet, kann grundsätzlich auch auf eine Aufbereitungseinrichtung 11, wie sie in 4 dargestellt ist, verzichtet werden. In diesem Fall kann, wie dies in 3 dargestellt ist, ein Fluid unmittelbar über die Fördereinrichtung 10 in Form des Turbokompressors in die Fluidleitung 21 eingespeist werden.

Bei einem in 5 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Fördereinrichtung 10 durch ein Reservoir 12 ausgebildet, das ein Fluid enthält, das aus dem Reservoir 12 in die Fluidleitung 21 strömen kann. Das Fluid kann in dem Reservoir 12 beispielsweise in komprimierter Form vorliegen und durch Expansion aus dem Reservoir 12 entweichen und somit in die Fluidleitung 21 einströmen. Denkbar und möglich ist auch, dass das Fluid in dem Reservoir 12 in flüssiger Form vorliegt und unter Verdampfen in die Fluidleitung 21 eingeleitet wird.

Bei dem in dem Reservoir 12 vorgehaltenen Fluid kann es sich beispielsweise um ein Gas oder Gasgemisch hoher Reinheit handeln. Insbesondere kann der Anteil von Öl oder Feuchtigkeit in dem Fluid gering sein.

Bei dem Fluid kann es sich beispielsweise um Stickstoff handeln.

Ein Reservoir 12 der in 5 dargestellten Art kann grundsätzlich ohne gesonderte Fördereinrichtung in Form eines Kompressors verwendet werden. Denkbar und möglich ist aber auch, eine Reservoir 12 in Kombination mit einer zusätzlichen Fördereinrichtung, beispielsweise einem Turbokompressor der in 6 und 7A, 7B dargestellten Art, zu verwenden.

Der der Erfindung zugrunde liegende Gedanke ist nicht auf die vorangehend geschilderten Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern lässt sich grundsätzlich auch bei gänzlich andersgearteten Ausführungsformen verwirklichen.

Eine Aufbereitungseinrichtung kann beispielsweise auch zum Absondern von anderen Substanzen als Öl oder Feuchtigkeit aus dem Fluid dienen. Denkbar und möglich ist hierbei auch, unterschiedliche Aufbereitungseinrichtungen zum Abscheiden von unterschiedlichen Substanzen aus dem Fluid vorzusehen.

Bei der Aufbereitungseinrichtung kann es sich beispielsweise auch um eine Filtereinrichtung handeln, mittels derer Schmutzpartikel aus dem Fluid abgesondert werden können.

Bezugszeichenliste

1
Ladestation
10
Fördereinrichtung (Kompressoreinrichtung)
100
Laufrad
101
Welle
102
Schaufelblätter
103
Elektrischer Antrieb
11
Aufbereitungseinrichtung
12
Reservoir
2
Ladekable
20
Kabelschlauch
200, 201
Ende
21, 22
Fluidleitung
23
Lastleitung
3
Ladestecker
30
Gehäuse
300, 301
Steckabschnitt
4
Fahrzeug
40
Ladebuchse
F1, F2
Flussrichtung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG

Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.

Zitierte Patentliteratur

  • DE 102010007975 B4 [0004, 0004]
  • WO 2015/119791 A1 [0009]