Title:
Stromversorgungssystem, Versorgungsleitung und Verbindungskabel
Document Type and Number:
Kind Code:
A1

Abstract:

Die Erfindung betrifft ein Stromversorgungssystem, insbesondere ein Ladesystem für ein Hybrid- oder Elektrofahrzeug, aufweisend eine Versorgungseinheit mit einer elektrischen Energiequelle, eine Verbrauchereinheit mit einer Energiesenke sowie eine Versorgungsleitung mit einem Verbindungskabel. embedded image





Inventors:
Hitz, Bastian (92353, Postbauer-Heng, DE)
Goß, Sebastian (91154, Roth, DE)
Köppendörfer, Erwin (91126, Schwabach, DE)
Application Number:
DE102016224103A
Publication Date:
06/07/2018
Filing Date:
12/05/2016
Assignee:
LEONI Kabel GmbH, 90402 (DE)
International Classes:
H02J7/00; B60L11/18; B60S5/00; H01B7/00; H01B7/42; H01R13/533; H02B1/56
Domestic Patent References:
DE102010041919A1N/A2012-04-05
DE102010050562B3N/A2012-04-05
DE202011050446U1N/A2011-09-28
DE102010007975A1N/A2011-08-18
Foreign References:
200902565232009-10-15
201502176542015-08-06
201602702572016-09-15
Attorney, Agent or Firm:
FDST Patentanwälte Freier Dörr Stammler Tschirwitz Partnerschaft mbB, 90411, Nürnberg, DE
Claims:
Stromversorgungssystem, insbesondere Ladesystem für ein Hybrid- oder Elektrofahrzeug, aufweisend
- eine Versorgungseinheit mit einer elektrischen Energiequelle,
- eine Verbrauchereinheit mit einer Energiesenke sowie
- eine Versorgungsleitung mit einem Verbindungskabel, wobei die Versorgungseinheit und die Verbrauchereinheit über das Verbindungskabel zwecks Übertragung von elektrischer Energie von der Energiequelle über die Versorgungsleitung zur Energiesenke koppelbar sind, und aufweisend eine Steuereinheit zur Steuerung der Übertragung von elektrischer Energie.

Stromversorgungssystem nach Anspruch 1, aufweisend einen Regelkreis zur Regelung der Übertragung von elektrischer Energie derart, dass die Regelung in Abhängigkeit zumindest einer Zustandsinformation über den Zustand des Verbindungskabels und insbesondere in Abhängigkeit zumindest einer Zustandsinformation über den Zustand der gesamten Versorgungsleitung erfolgt, wobei die Steuereinheit den Regelkreis mitausbildet und wobei der Regelkreis ein mit der Steuereinheit verbundenes Sensorsystem zur Ermittlung der Zustandsinformationen aufweist.

Stromversorgungssystem nach Anspruch 2, wobei das Sensorsystem zumindest einen Sensor aufweist, der an einer vorgegebenen Position in einem Zwischenbereich zwischen den Enden des Verbindungskabels in das Verbindungskabel integriert ist.

Stromversorgungssystem nach Anspruch 2 oder 3, wobei das Sensorsystem ausgebildet ist, Zustandsinformationen entlang des Verbindungskabels und insbesondere entlang der gesamten Versorgungsleitung zu ermitteln.

Stromversorgungssystem nach Anspruch 4, wobei das Sensorsystem mehrere, entlang des Verbindungskabels positionierte in das Verbindungskabel integrierte Sensoren aufweist.

Stromversorgungssystem nach einem der Ansprüche 4 bis 5, wobei das Sensorsystem eingerichtet ist, Zustandsinformationen entlang einer Messstrecke zu erfassen, die entlang des Verbindungskabels verläuft und sich insbesondere über die gesamte Länge des Verbindungskabels und darüber hinaus erstreckt.

Stromversorgungssystem nach einem der Ansprüche 2 bis 6, wobei das Sensorsystem zumindest einen faseroptischen Sensor aufweist und insbesondere für eine ortsaufgelöste Temperaturmessung eingerichtet ist.

Stromversorgungssystem nach einem der Ansprüche 2 bis 7, wobei das Sensorsystem zur Ermittlung der Oberflächentemperatur des Verbindungskabels als Zustandsinformation eingerichtet ist.

Stromversorgungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 8, aufweisend einen zumindest im gekoppelten Zustand von Versorgungseinheit und Verbrauchereinheit ausgebildeten Kühlkreislauf mit einer Kühlmittelführung, wobei die Kühlmittelführung zumindest teilweise in das Verbindungskabel integriert ist, so dass zumindest das Verbindungskabel während einer Übertragung von elektrischer Energie gekühlt wird.

Stromversorgungssystem nach Anspruch 9, wobei die Steuereinheit zur Steuerung des Kühlkreislaufs eingerichtet ist und wobei insbesondere der Regelkreis zur Regelung der Kühlleistung des Kühlkreislaufs eingerichtet ist.

Stromversorgungssystem nach Anspruch 9 oder 10, wobei die Versorgungsleitung eine durch zwei, insbesondere komplementäre, Steckverbinder ausgebildete Trennstelle aufweist, die an einem Ende des Verbindungskabels angeordnet ist, und wobei die beiden Steckverbinder elektrische Kontakte zur Übergabe von elektrischer Leistung aufweisen.

Stromversorgungssystem nach einem der Ansprüche 9 bis 11, wobei die beiden Steckverbinder Kühlmittelanschlüsse für eine Kühlmittelübergabe aufweisen.

Stromversorgungssystem nach einem der Ansprüche 9 bis 12, wobei die beiden Steckverbinder Kühlmittelanschlüsse für eine Kühlmittelübergabe über einen Vorlauf einerseits und einen Rücklauf andererseits aufweisen.

Stromversorgungssystem nach einem der Ansprüche 9 bis 13, wobei die beiden Steckverbinder Kontakte, insbesondere elektrische Kontakte, zur Übergabe von Informationssignalen aufweisen.

Stromversorgungssystem nach einem der Ansprüche 9 bis 14, wobei in zumindest einen Kühlmittelanschluss zumindest eines Steckverbinders ein Ventil und insbesondere ein steuerbares Ventil integriert ist.

Stromversorgungssystem nach einem der Ansprüche 9 bis 15, wobei sich ein Abschnitt der Kühlmittelführung des Kühlkreislaufs von der Trennstelle bis zur Energiesenke erstreckt.

Stromversorgungssystem nach einem der Ansprüche 9 bis 16, wobei sich ein Abschnitt der Kühlmittelführung des Kühlkreislaufs von der Trennstelle bis zur Energiequelle erstreckt.

Stromversorgungssystem nach einem der Ansprüche 9 bis 17, wobei ein Abschnitt der Kühlmittelführung des Kühlkreislaufs entlang des Strompfades von der Energiequelle bis zur Energiesenke verläuft.

Stromversorgungssystem nach einem der Ansprüche 9 bis 18, wobei der Kühlkreislauf eine Steuereinheit aufweist, die in der Versorgungseinheit oder der Verbrauchereinheit angeordnet ist und die insbesondere den Ladevorgang im Fehlerfall automatisch stoppt.

Stromversorgungssystem nach einem der Ansprüche 9 bis 19, wobei der Kühlkreislauf ein Kühlaggregat, insbesondere einen Verdampfer, zur Wärmeauskoppelung aus dem Kühlkreislauf aufweist.

Stromversorgungssystem nach einem der Ansprüche 9 bis 20, wobei der Kühlkreislauf einen Wärmespeicher, insbesondere einen Latentwärmespeicher, aufweist.

Stromversorgungssystem nach einem der Ansprüche 9 bis 21, wobei ein Kraftfahrzeug die Verbrauchereinheit ausbildet und wobei der Kühlkreislauf einen Wärmetauscher zur Wärmeabgabe an das Kraftfahrzeug aufweist.

Stromversorgungssystem nach einem der Ansprüche 9 bis 22, wobei der Kühlkreislauf ein Sensorsystem aufweist, mittels dessen Zustandsinformationen, insbesondere entlang der Kühlmittelführung, des Kühlkreislaufes erfasst werden.

Versorgungsleitung aufweisend eine Anzahl Adern zur Übertragung von elektrischer Leistung, eine integrierte Kühlmittelführung für ein Kühlmittel eines Kühlkreislaufs sowie aufweisend eine durch zwei komplementäre Steckverbinder ausgebildete Trennstelle, wobei die beiden Steckverbinder einander ergänzende elektrische Kontakte zur Übergabe von elektrischer Leistung aufweisen und wobei die beiden Steckverbinder einander ergänzende Kühlmittelanschlüsse für eine Kühlmittelübergabe aufweisen.

Versorgungsleitung nach Anspruch 24 ausgebildet für ein Stromversorgungssystem nach einem der vorherigen Ansprüche.

Versorgungsleitung nach Anspruch 24 oder Anspruch 25 aufweisend zumindest eine integrierte Signalleitung zur Übertragung von Informationssignalen, wobei die beiden Steckverbinder Kontakte, insbesondere elektrische Kontakte, zur Übergabe von Informationssignalen aufweisen.

Verbindungskabel aufweisend eine Anzahl Adern zur Übertragung von elektrischer Leistung, eine integrierte Kühlmittelführung für ein Kühlmittel eines Kühlkreislaufs sowie einen Steckverbinder, wobei der Steckverbinder elektrische Kontakte zur Übergabe von elektrischer Leistung aufweist und wobei der Steckverbinder zumindest einen Kühlmittelanschluss für eine Kühlmittelübergabe aufweist.

Verbindungskabel nach Anspruch 27 ausgebildet für ein Stromversorgungssystem nach einem der vorherigen Ansprüche.

Verbindungskabel nach Anspruch 27 oder Anspruch 28 aufweisend zumindest eine integrierte Signalleitung zur Übertragung von Informationssignalen, wobei der Steckverbinder Kontakte, insbesondere elektrische Kontakte, zur Übergabe von Informationssignalen aufweist.

Description:

Die Erfindung betrifft ein Stromversorgungssystem, insbesondere ein Ladesystem für ein Hybrid- oder Elektrofahrzeug, aufweisend eine Versorgungseinheit mit einer elektrischen Energiequelle, eine Verbrauchereinheit mit einer Energiesenke sowie eine Versorgungsleitung mit einem Verbindungskabel.

Die Verbreitung von Elektrofahrzeugen hat zuletzt deutlich zugenommen und es ist davon auszugehen, dass sich diese Entwicklung weiter fortsetzt. Für die Alltagstauglichkeit von Elektrofahrzeugen ist dabei von großer Bedeutung, dass sich deren Akkumulatoren jederzeit möglichst einfach und schnell aufladen lassen. Zu diesem Zweck wurden speziell angepasste Ladestationen für Elektrofahrzeuge, die sogenannten Stromtankstellen, entwickelt. Diese zeichnen sich unter anderem durch hohe Ladeströme und hohe Leistungsübertragungen aus.

Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein vorteilhaft ausgestaltetes Stromversorgungssystem sowie eine vorteilhaft ausgebildetes Versorgungsleitung und/oder ein vorteilhaft ausgebildetes Verbindungskabel anzugeben.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Stromversorgungssystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1, durch eine Versorgungsleitung mit den Merkmalen des Anspruchs 15 sowie durch ein Verbindungskabel mit den Merkmalen des Anspruchs 17. Bevorzugte Weiterbildungen sind in den rückbezogenen Ansprüchen enthalten. Die im Hinblick auf die Versorgungsleitung und/oder das Verbindungskabel angeführten Vorteile und bevorzugten Ausgestaltungen sind sinngemäß auch auf das Stromversorgungssystem übertragbar und umgekehrt.

Ein entsprechendes Stromversorgungssystem ist dabei insbesondere als Ladesystem für ein Hybrid- oder Elektrofahrzeug ausgebildet und weist eine Versorgungseinheit, also beispielsweise eine Ladesäule, eine Ladestation oder eine Stromtankstelle, mit einer elektrischen Energiequelle, eine Verbrauchereinheit, also beispielsweise ein Hybrid- oder ein Elektrofahrzeug, mit einer Energiesenke, insbesondere einen Akkumulator, sowie eine Versorgungsleitung mit einem Verbindungskabel auf. Hierbei sind die Versorgungseinheit und die Verbrauchereinheit über das Verbindungskabel zwecks Übertragung von elektrischer Energie von der Energiequelle über die Versorgungsleitung zur Energiesenke koppelbar und zudem weist das Stromversorgungssystem eine Steuereinheit zur Steuerung der Übertragung von elektrischer Energie auf.

Des Weiteren umfasst das Stromversorgungssystem bevorzugt einen Regelkreis zur Regelung der Übertragung von elektrischer Energie derart, dass die Regelung in Abhängigkeit zumindest einer Zustandsinformation über den Zustand zumindest eines Abschnitts der Versorgungsleitung, also beispielsweise über den Zustand des Verbindungskabels, und insbesondere in Abhängigkeit zumindest einer Zustandsinformation über den Zustand der gesamten Versorgungsleitung erfolgt.

Entsprechende Zustandsinformationen werden dabei typischerweise mittels einer Sensorik oder eines Sensorsystems, beispielsweise zur Erfassung von Temperatur, mechanischer Belastung und/oder Medieneindrang, ermittelt und nachfolgend der Regelung zu Grunde gelegt. Ausgebildet ist eine solche Sensorik dabei zum Beispiel durch zumindest ein zusätzliches Messelement, wie eine faseroptische Leitung, welches in zweckdienlicher Weise in die Versorgungsleitung integriert ist, sowie gegebenenfalls durch eine Auswerteeinheit. Alternativ oder ergänzend hierzu werden entsprechende Zustandsinformationen mit Hilfe einer elektronischen Abfrageeinheit von einer Datenquelle bezogen.

Hierdurch werden dann beispielsweise unterschiedliche Zustandsprofile erstellt, also zum Beispiel ein punktuelles, ein sich über einen längeren Abschnitt ersteckendes Temperaturprofil oder ein sich über die ganze Leitung ersteckendes Temperaturprofil, die für einen optimalen, möglichst schnellen Ladevorgang als Inputgröße zur Regulierung einer Leistungsübertragung und/oder zur Steuerung eines gegebenenfalls vorhandenen Kühlkreislaufs dienen. Dementsprechend erfolgt dann auch typischerweise eine Regelung im eigentlichen Sinne dieses Begriffs und nicht nur ein Starten und Stoppen.

Insbesondere im Falle eines Stromversorgungssystems mit Ladesäule und Hybrid- oder Elektrofahrzeug ist es dabei günstig, die Sensorik so auszugestalten, dass sich diese bis in das Fahrzeug und die darin untergebrachten Strom-(weiter)-führenden Leitungen erstreckt, um das Ladesystem von der Ladesäule bis zur Batterie des Hybrid- oder Elektrofahrzeugs zu überwachen und abzustimmen.

Bevorzugt bildet dabei unter anderem die Steuereinheit den Regelkreis aus und zudem weist der Regelkreis vorteilhafterweise ein mit der Steuereinheit verbundenes Sensorsystem zur Ermittlung der Zustandsinformationen auf. Jene Steuereinheit ist dabei typischerweise in der Versorgungseinheit, also beispielsweise in einer Ladesäule, angeordnet. Ist in einem solchen Fall zudem eine elektronische Abfrageeinheit vorgesehen, so ist diese bevorzugt eingerichtet, um Zustandsinformationen von einer Verbrauchereinheit, also insbesondere von einem Hybrid- oder ein Elektrofahrzeug, zu beziehen und dementsprechend weist die Verbrauchereinheit in einem solchen Falle eine mit der Abfrageeinheit koppelbare Antworteinheit auf. Die Abfrageeinheit und die Antworteinheit erlauben dann im gekoppelten Zustand eine Kommunikation von Versorgungseinheit und Verbrauchereinheit.

Zur Ermittlung von Zustandsinformationen weist das Sensorsystem außerdem vorzugsweise zumindest einen Sensor auf, der insbesondere an einer vorgegebenen Position in einen Zwischenbereich zwischen den Enden des Verbindungskabels in das Verbindungskabel integriert ist. In vorteilhafter Weiterbildung weist das Verbindungskabel zudem einen weiteren Sensor auf, der an einem Ende des Verbindungskabels positioniert ist und beispielsweise in einen Steckverbinder integriert ist.

Weiter ist eine Ausgestaltung des Sensorsystems günstig, die es erlaubt, Zustandsinformationen entlang des Verbindungskabels und insbesondere entlang der gesamten Versorgungsleitung zu ermitteln. Hierzu weist das Sensorsystem zum Beispiel mehrere, entlang des Verbindungskabels positionierte und in das Verbindungskabel integrierte Sensoren auf. Alternativ oder ergänzend hierzu erfolgt die Erfassung von Zustandsinformationen nicht punktuell an mehreren diskreten Positionen, sondern quasi kontinuierlich entlang einer Messstrecke, die insbesondere entlang des Verbindungskabels verläuft und sich beispielsweise über die gesamte Länge des Verbindungskabels oder auch darüber hinaus erstreckt. Gemäß einer Ausführungsvariante erstreckt sich die Messstrecke dabei über nahezu die gesamte Länge der Versorgungsleitung.

Insbesondere wenn eine solche Messstrecke realisiert werden soll, ist es von Vorteil, wenn das Sensorsystem zumindest einen faseroptischen Sensor aufweist, der zum Beispiel für eine ortsaufgelöste Temperaturmessung eingerichtet ist.

Unabhängig von der Ausgestaltung des Sensorsystems ist es insbesondere aus Sicherheitsgründen günstig, wenn dieses eingerichtet ist, die Oberflächentemperatur des Verbindungskabels als Zustandsinformation zu ermitteln. In diesem Fall wird dann typischerweise für das Verbindungskabel eine maximale Oberflächentemperatur von zum Beispiel 60° Celsius vorgegeben und der Regelkreis steuert dann die über das Verbindungskabel fließende elektrische Leistung derart, dass die vorgegebene maximale Oberflächentemperatur nicht überschritten wird.

Weiter weist das Stromversorgungssystem vorteilhafterweise einen zumindest im gekoppelten Zustand von Versorgungseinheit und Verbrauchereinheit ausgebildeten Kühlkreislauf mit einer Kühlmittelführung auf, wobei die Kühlmittelführung zumindest teilweise in das Verbindungskabel integriert ist, so dass zumindest das Verbindungskabel während einer Übertragung von elektrischer Energie gekühlt wird.

Alternativ oder ergänzend hierzu weist das Stromversorgungssystem zumindest im entkoppelten Zustand von Versorgungseinheit und Verbrauchereinheit zwei getrennte Kühlkreisläufe auf, wobei in diesem Fall bevorzugt ein Kühlkreislauf in die Versorgungseinheit und ein Kühlkreislauf in die Verbrauchereinheit integriert ist. Hierbei ist der Kühlkreislauf der Versorgungseinheit weiter bevorzugt zur Kühlung zumindest des Verbindungskabels ausgebildet und dementsprechend ist dann die zumindest teilweise in das Verbindungskabel integrierte Kühlmittelführung Teil dieses Kühlkreislaufs. Dieser lässt sich dann auch im entkoppelten Zustand von Versorgungseinheit und Verbrauchereinheit betreiben und vorteilhafterweise erfolgt eine Kühlung zumindest des Verbindungskabels auch nach Abschluss einer Leistungsübertragung, beispielsweise so lange, bis das Verbindungskabel auf eine vorgegebene Temperatur herunter gekühlt ist.

Durch einen entsprechenden Kühlkreislauf oder entsprechende Kühlkreisläufe lassen sich dann, beispielsweise bei für das Verbindungskabel vorgegebener maximaler Oberflächentemperatur von zum Beispiel 60° Celsius, größere Ströme durch das Verbindungskabel leiten, als dies bei einem nicht gekühlten oder nur passiv, durch die Umgebungsluft gekühlten Verbindungskabel der Fall wäre.

Ein entsprechendes Verbindungskabel ist hierbei typischerweise als Hochstromkabel ausgebildet und zweckdienlicherweise für Ströme größer 5 A, bevorzugt größer 10 A, weiter bevorzugt größer 50 A und insbesondere größer 100 A ausgelegt. Außerdem ist das Verbindungskabel vorzugsweise für Ströme kleiner 1000 A und insbesondere kleiner 500 A ausgebildet. Ein entsprechendes Verbindungskabel ist somit also bevorzugt für eine Stromstärke ausgelegt, die im Bereich zwischen 10 A und 1000 A liegt, sowie insbesondere im Bereich zwischen 100 A und 500 A. Zudem ist ein solches Verbindungskabel gemäß einer vorteilhaften Ausführungsvariante für Gleichströme ausgelegt, also insbesondere als Ladekabel für ein Gleichstromladen. Ein entsprechendes Gleichstromladen erfolgt dann beispielsweise bei 1000 V mit 450 A.

Die Kühlmittelführung ist dabei zweckdienlicherweise zumindest abschnittsweise als langgestreckter, insbesondere schlauchartiger, Wärmetauscher ausgebildet und verläuft bevorzugt zumindest in einem Abschnitt entlang des Verbindungskabels. Das heißt, dass zumindest ein Abschnitt der Kühlmittelführung des Kühlkreislaufs als eine Art in das Verbindungskabel integrierter Schlauch ausgebildet ist, der sich vorzugsweise über die gesamte Länge des Verbindungskabels hinweg erstreckt.

In vorteilhafter Weiterbildung ist zusätzlich zu dem zumindest einen integrierten Abschnitt der Kühlmittelführung ein innerhalb des Verbindungskabels davon getrennter weiterer Abschnitt der Kühlmittelführung in das Verbindungskabel integriert, wobei auch dieser weitere Abschnitt bevorzugt schlauchartig ausgebildet ist und sich wiederrum bevorzugt entlang des Verbindungskabels über dessen gesamte Länge hinweg erstreckt. Bei einem derart ausgestalteten Verbindungskabel ist dann weiter bevorzugt der Kühlkreislauf derart ausgestaltet, dass im Betrieb des Kühlkreislaufes durch die voneinander getrennten Abschnitte der Kühlmittelführung im Verbindungskabel ein Vorlauf und ein Rücklauf für ein Kühlmittel ausgebildet sind.

Von Vorteil ist weiter eine Ausgestaltung der Versorgungsleitung, bei der diese eine durch zwei einander ergänzende und insbesondere komplementäre Steckverbinder ausgebildete Trennstelle aufweist, die an einem Ende des Verbindungskabels, welches Teil der Versorgungsleitung ist, angeordnet ist. Hierbei weisen dann die beiden Steckverbinder zweckdienlicherweise einander ergänzende elektrische Kontakte zur Übergabe von elektrischer Leistung auf, so dass sich bei gekoppelten Steckverbindern elektrische Leistung über die Trennstelle hinweg übertragen lässt. Die Versorgungsleitung und/oder das Verbindungkabel weist bzw. weisen dann zweckdienlicherweise mit diesen elektrischen Kontakten verbundene Adern für die Übertragung von elektrischer Leistung auf.

Weiter ist es vorteilhaft, wenn die beiden Steckverbinder einander ergänzende Kühlmittelanschlüsse für eine Kühlmittelübergabe aufweisen, wobei hier eine Ausführungsvariante bevorzugt ist, bei der die beiden Steckverbinder einander ergänzende Kühlmittelanschlüsse für eine Kühlmittelübergabe über einen Vorlauf einerseits und einen Rücklauf andererseits aufweisen. In diesem Fall weisen die beiden Steckverbinder dann also typischerweise zumindest zwei voneinander getrennte Kühlmittelanschlüsse auf. Die Versorgungsleitung und/oder das Verbindungkabel weist bzw. weisen dann wiederum zweckdienlicherweise mit diesen Kühlmittelanschlüssen verbundene Kühlmittelführungen für die Durchleitung eines Kühlmittels auf.

Für eine einfache Handhabung des Stromversorgungssystems ist dann zudem eine Ausgestaltung der Steckverbinder von Vorteil, bei der in zumindest einem Kühlmittelanschluss eines Steckverbinders und bevorzugt in jeden Kühlmittelanschluss der beiden Steckverbinder ein Ventil, insbesondere ein Umschaltventil und/oder ein steuerbares Ventil, integriert ist, welches bzw. welche ein Austreten des Kühlmittels bei getrennten Steckverbindern unterbindet bzw. unterbinden. Mit Hilfe eines Umschaltventils lässt sich zudem erreichen, dass ein verkürzter Kühlkreislauf im entkoppelten Zustand von Versorgungseinheit und Verbrauchereinheit weiter betreibbar ist oder dass ein durchgehender Kühlkreislauf in zwei getrennte Kühlkreisläufe aufgeteilt wird, die sich nachfolgend unabhängig voneinander betreiben lassen und im gekoppelten Zustand von Versorgungseinheit und Verbrauchereinheit zu einem Kühlkreislauf miteinander verbunden sind.

Günstig ist außerdem eine Ausgestaltung des Stromversorgungssystems, bei der die beiden Steckverbinder einander ergänzende Kontakte, beispielsweise elektrische Kontakte oder optische Schnittstellen-Elemente, zur Übergabe von Informationssignalen, insbesondere zur Übergabe von zuvor beschriebenen Informationssignalen, aufweisen, um beispielsweise eine Kommunikation oder einen Datenaustausch zwischen der Versorgungseinheit und der Verbrauchereinheit ermöglichen. In diesem Fall sind dann auch entsprechende Signalleitungen oder Datenleitungen in das Verbindungskabel und/oder in die Versorgungsleitung integriert, die mit den Kontakten zur Übergabe von Informationssignalen verbunden sind.

Da zweckdienlicherweise für verschiedene Anwendungszwecke und Einsatzszenarien verschieden ausgestaltete Steckverbinder vorteilhaft sind, die sich insbesondere hinsichtlich der Ausgestaltung und der Anzahl der Kontakte und/oder der Kühlmittelanschlüsse unterscheiden, ist es weiter von Vorteil, die Steckverbinder durch ihre Kontakte und/oder Anschlüsse zu kodieren, so dass sich lediglich kompatible Steckverbinder miteinander verbinden lassen. Mit einer entsprechenden Kodierung des Steckers lassen sich alternativ oder ergänzend hierzu bei einem Stecken die Kühlleistung und/oder die Ladeleistung, beispielsweise durch die Anzahl der Kontakte, festlegen. Dabei sind die Steckverbinder, zumindest hinsichtlich der elektrischen Kontakte zur Übergabe von elektrischer Leistung, bevorzugt entsprechend der Norm IEC 62196-2 (oder SAE J1772-2009) oder gemäß der Norm EN 62196 ausgestaltet.

Von Vorteil ist weiterhin eine Ausführung des Stromversorgungssystems, bei der sich ein Abschnitt der Kühlmittelführung des Kühlkreislaufs von der Trennstelle bis zur Energiesenke hin, also beispielsweise bis zu einem Akkumulator hin, erstreckt. In diesem Fall wird dann bevorzugt zumindest ein Teil des Strompfades innerhalb der Verbrauchereinheit hin zur Energiesenke im Betrieb des Kühlkreislaufs gekühlt.

Alternativ oder ergänzend hierzu erstreckt sich ein Abschnitt der Kühlmittelführung des Kühlkreislaufs von der Trennstelle bis zur Energiequelle, wobei in diesem Fall im Betrieb des Kühlkreislaufes bevorzugt zumindest ein Teil des Strompfades innerhalb der Versorgungseinheit hin zur Energiequelle gekühlt wird.

In vorteilhafter Weiterbildung verläuft dann ein durchgehender Abschnitt der Kühlmittelführung des Kühlkreislaufs entlang des gesamten Strompfades von der Energiequelle bis zur Energiesenke und dementsprechend wird dann im Betrieb des Kühlkreislaufs das Stromversorgungssystem entlang dieses Strompfades gekühlt.

Insbesondere wenn eine solche durchgehende Kühleinrichtung gegeben ist, so ist es zudem zweckdienlich, den Kühlkreislauf zur Kühlung der Energiesenke, also beispielsweise eines Akkumulators, auszubilden, so dass die Energiesenke im Betrieb des Kühlkreislaufs mitgekühlt wird.

Ist dagegen keine durchgehende Kühlmittelführung des Kühlkreislaufs entlang des gesamten Strompfades von der Energiequelle bis zur Energiesenke vorgesehen, so ist vorteilhafterweise an einer vorgegebenen Position entlang dieser Strecke ein Umkehrpunkt für das Kühlmittel vorgegeben, insbesondere durch ein in die Verbindungsleitung und bevorzugt in das Verbindungskabel integriertes Umkehrelement, wie zum Beispiel ein U-förmiges Schlauchstück, das die beiden in der Verbindungsleitung bzw. im Verbindungskabel voneinander getrennten Kühlmittelführungen für Vorlauf und Rücklauf miteinander verbindet.

Zweckdienlich ist außerdem eine Ausgestaltung des Kühlkreislaufs, bei der dieser eine Kühlmittelpumpe aufweist, die beispielsweise in der Versorgungseinheit oder der Verbrauchereinheit angeordnet und dementsprechend in die Versorgungseinheit bzw. in die Verbrauchereinheit integriert ist. Dementsprechend ist der Kühlkreislauf bevorzugt als aktiver Kühlkreislauf ausgebildet, der zudem bevorzugt steuerbar ist und in diesem Fall eine zuvor beschriebene Steuereinheit aufweist.

Eine entsprechende Steuereinheit ist dabei vorzugsweise zur Regelung der Kühlleistung und/oder zur Regelung der Ladeleistung, also zur Regelung der elektrischen Leistung, die von der Energiequelle über die Versorgungsleitung zur Energiesenke übertragen wird, eingerichtet und bildet hierzu insbesondere den zuvor beschriebenen Regelkreis mit aus. Hierbei ist die entsprechende Steuereinheit beispielsweise in der Versorgungseinheit oder der Verbrauchereinheit angeordnet und insbesondere ausgebildet, um eine Übertragung von elektrischer Leistung, also beispielsweise einem Ladevorgang, im Fehlerfall automatisch zu unterbrechen oder zu stoppen.

Von Vorteil ist es zudem, wenn das Stromversorgungssystem und insbesondere der Kühlkreislauf ein Sensorsystem, also insbesondere ein zuvor beschriebenes Sensorsystem, aufweist, mittels dessen Zustandsinformationen, also Informationen zum Zustand des Stromversorgungssystems oder des Kühlkreislaufs, ermittelt oder erfasst werden. Eine zuvor beschriebene Steuereinheit ist dabei zudem bevorzugt Teil des Sensorsystems und dementsprechend über eine Signalleitung oder eine Datenleitung mit einem oder mehreren Sensoren, beispielsweise Temperatursensoren, verbunden. Günstig ist dabei insbesondere eine Ausgestaltung des Sensorsystems, bei der an mehreren Stellen entlang der Kühlmittelführung des Kühlkreislaufs Zustandsinformationen ermittelt oder erfasst werden, beispielsweise durch mehrere entlang der Kühlmittelführung verteilt angeordnete Sensoren.

Zweckdienlich ist es außerdem, wenn der Kühlkreislauf ein Kühlaggregat zur Wärmeauskopplung aus dem Kühlkreislauf aufweist, also zum Beispiel einen Wärmetauscher zur Wärmeabgabe an die Umgebung. Alternativ oder ergänzend hierzu weist der Kühlkreislauf als Kühlaggregat einen Kondensator, einen Verdampfer, also beispielsweise einen Verdampfer eines Kältekreislaufs, auf und/oder einen Wärmespeicher, beispielsweise einen Latentwärmespeicher.

Bildet ein Kraftfahrzeug die Verbrauchereinheit aus, so ist es zudem günstig, wenn der Kühlkreislauf einen Wärmetauscher zur Wärmeabgabe an das Kraftfahrzeug aufweist, um beispielsweise einen Fahrgastraum zu beheizen und/oder Baugruppen, wie den Ölkreislauf eines Verbrennungsmotors, vorzuwärmen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand einer schematischen Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:

  • 1 in einer Art Blockschaltbilddarstellung ein Stromversorgungssystem mit einer ein Verbindungskabel mit Steckverbinder aufweisenden Versorgungsleitung sowie
  • 2 in einer Seitenansicht der Steckverbinder.

Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren jeweils mit den gleichen Bezugszeichen versehen.

Ein nachfolgend exemplarisch beschriebenes und in 1 skizziertes Stromversorgungssystem 2 weist eine Versorgungseinheit 4 mit einer elektrischen Energiequelle 6, eine Verbrauchereinheit 8 mit einer Energiesenke 10 sowie eine Versorgungsleitung 12 mit einem Verbindungskabel 14 auf.

Hierbei ist das Stromversorgungssystem 2 bevorzugt als Ladesystem für ein Hybrid- oder Elektrofahrzeug ausgebildet und in diesem Fall bildet eine Ladesäule oder Ladestation die Versorgungseinheit 4 und ein Hybrid- oder Elektrofahrzeug die Verbrauchereinheit 8 aus. Des Weiteren bildet in einem solchen Fall ein Akkumulator die Energiesenke 10 aus und die elektrische Energiequelle 6 ist in einem solchen Fall typischerweise durch einen Netzanschluss an ein Versorgungsnetz ausgebildet.

Weiter weist die Versorgungsleitung 12 eine durch zwei einander ergänzende Steckverbinder ausgebildete Trennstelle 16 auf, wobei im Ausführungsbeispiel gemäß 1 einer dieser Steckverbinder als Stecker 18 und der andere der beiden Steckverbinder als Buchse 20 ausgebildet ist. Jene Buchse 20 ist dabei Teil der Verbrauchereinheit 8 und beispielsweise außenseitig an einer Außenhaut der Verbrauchereinheit 8 positioniert. Der Stecker 18 wiederum ist im Ausführungsbeispiel Teil des Verbindungskabels 14 und bildet hierbei ein Ende des Verbindungskabels 14 aus. Das Verbindungskabel 14 seinerseits ist Teil der Versorgungsleitung 12 und im Ausführungsbeispiel gemäß 1 zudem Teil der Versorgungseinheit 4.

Sind die beiden Steckverbinder der Trennstelle 16 miteinander verbunden, so sind die Versorgungseinheit 4 und die Verbrauchereinheit 8 gekoppelt und hierdurch sind dann die elektrische Energiequelle 6 und die Energiesenke 10 über die Versorgungsleitung 12 miteinander verbunden, so dass über die Versorgungsleitung 12 elektrische Leistung von der elektrischen Energiequelle 6 an die Energiesenke 10 übertragbar ist.

Eine entsprechende Energieübertragung wird dabei im Ausführungsbeispiel durch ein Verbinden beiden Steckverbinder der Trennstelle 16 gestartet und nachfolgend durch eine Steuereinheit 22 gesteuert, die entweder in der Verbrauchereinheit 8 oder, wie im Falle der Ausführung gemäß 1, in der Versorgungseinheit 4 untergebracht ist. Jene Steuereinheit 22 ist dabei bevorzugt derart ausgestaltet, dass diese eine entsprechende Leistungsübertragung in Abhängigkeit von Sensordaten steuert und dementsprechend weist das Stromversorgungssystem 2 bevorzugt zumindest einen mit der Steuereinheit 22 zumindest während einer Leistungsübertragung verbundenen Sensor 24 auf, der beispielsweise als Temperatursensor ausgebildet und an einer vorgegebenen Position entlang der Versorgungsleitung 12 positioniert ist.

Gemäß einer weiteren nicht explizit dargestellten Ausführungsvariante ist zur Generierung von Sensordaten zumindest eine faseroptische Leitung in das Verbindungskabel 14 oder die gesamte Versorgungsleitung 12 integriert, die entlang des Verbindungskabels 14 bzw. der Versorgungsleitung 12 verläuft und insbesondere einen faseroptischen Sensor mitausbildet.

Alternativ oder ergänzend hierzu sind, so wie im Ausführungsbeispiel gemäß 1, mehrere Sensoren 24, beispielsweise mehrere Temperatursensoren und/oder mehrere unterschiedliche Sensoren 24, entlang des Strompfades zwischen der elektrischen Energiequelle 6 und der Energiesenke 10 angeordnet, so dass zumindest im gekoppelten Zustand von Versorgungseinheit 4 und Verbrauchereinheit 8 mit deren Hilfe Zustandsinformationen entlang des entsprechenden Strompfades erfasst werden. Die Übermittlung entsprechender Zustandsinformationen oder Sensordaten erfolgt dabei bevorzugt über zumindest eine Signalleitung oder eine Datenleitung 25, wobei weiter bevorzugt zumindest ein Abschnitt der Datenleitung 25 in die Versorgungsleitung 12 integriert ist, und zwar insbesondere derart, dass dieser Abschnitt durch das Verbindungskabel 14 verläuft, also in das Verbindungskabel 14 intergiert ist.

Das heißt, dass bevorzugt zumindest das Verbindungskabel 14 zumindest eine Ader für die Übertragung elektrischer Leistung aufweist und zumindest eine Signalleitung oder Ader für die Übertragung von Informationssignalen. In diesem Fall weisen dann auch die beiden Steckverbinder der Trennstelle 16 einander ergänzende elektrische Kontakte 26 zur Übergabe von elektrischer Leistung einerseits und Kontakte 27, insbesondere elektrische Kontakte 27, zur Übergabe von Informationssignalen andererseits auf. Diese Gegebenheit ist in 2 angedeutet. Auf diese Weise ist dann in gekoppeltem Zustand von Versorgungseinheit 4 und Verbrauchereinheit 8 sowohl eine Leistungsübertragung zwischen Versorgungseinheit 4 und Verbrauchereinheit 8 ermöglicht als auch eine Kommunikation zwischen der Versorgungseinheit 4 und Verbrauchereinheit 8 oder eine Kommunikation zwischen Sensoren 24 und der Steuereinheit 22.

Weiter weist das Stromversorgungssystem 2 im Ausführungsbeispiel einen zumindest im gekoppelten Zustand von Versorgungseinheit 4 und Verbrauchereinheit 8 ausgebildeten Kühlkreislauf 28 mit einer Kühlmittelführung 29 auf, wobei zumindest ein Abschnitt der Kühlmittelführung 29 in das Verbindungskabel 14 integriert ist, so dass zumindest das Verbindungskabel 14 während einer Übertragung von elektrischer Energie gekühlt wird.

Jener in das Verbindungskabel 14 integrierte Abschnitt der Kühlmittelführung 29 ist dabei bevorzugt als schlauchartiger Wärmetauscher ausgebildet und erstreckt sich typischerweise entlang des Verbindungskabels 14 über dessen gesamte Länge hinweg. In vorteilhafter Weiterbildung erstreckt sich zudem zumindest ein Abschnitt der Kühlmittelführung 29 entlang des gesamten Strompfades von der elektrischen Energiequelle 6 bis zur Energiesenke 10 und dementsprechend wird dann im Betrieb des Kühlkreislaufs 28 ein Kühlmittel durch die beiden Steckverbinder hindurch, also über die Trennstelle 16 hinweg, getrieben. Zu diesem Zweck weisen dann die beiden Steckverbinder der Trennstelle 16, also der Stecker 18 und die Buchse 20, einander ergänzende Kühlmittelanschlüsse 30 auf, in die bevorzugt Ventile 32 integriert sind, die ein Auslaufen des Kühlmittels verhindern, wenn die beiden Steckverbinder der Trennstelle 16 getrennt sind. Entsprechende Kühlmittelanschlüsse 30 sind in der Darstellung des Steckers 18 gemäß 2 angedeutet. Hierbei ist ein Kühlmittelanschluss 30 für einen Vorlauf und ein Kühlmittelanschluss 30 für einen Rücklauf vorgesehen und ausgebildet. Zudem weist dieser Stecker 18 einen Schutz- oder Masseleiter 31 auf.

Des Weiteren weist der Kühlkreiselauf 28 des Stromversorgungssystems 2 typischerweise ein Kühlaggregat auf, welches als Umgebungs-Wärmetauscher 34 zur Wärmeabgabe an die Umgebung ausgebildet und beispielsweise in der Versorgungseinheit 4 angeordnet ist. Alternativ oder ergänzend hierzu weist der Kühlkreislauf 28 einen insbesondere in der Verbrauchereinheit 8 angeordneten Wärmespeicher 36 auf, der zumindest zeitweise als Kühlaggregat wirkt.

Ist die Verbrauchereinheit 8 durch ein Hybrid- oder Elektrofahrzeug ausgebildet, so ist es außerdem von Vorteil, wenn der Kühlkreislauf 28 einen internen Wärmetauscher 38 aufweist, über den Wärme aus dem Kühlkreislauf 28 in das Hybrid- oder Elektrofahrzeug übertragbar ist, beispielsweise um einen Fahrgastraum zu beheizen oder einen Ölkreislauf eines Verbrennungsmotors vorzuwärmen.

Der Kühlkreislauf 28 weist des Weiteren typischerweise eine insbesondere durch die Steuereinheit 22 gesteuerte Kühlmittelpumpe 40 auf. Zudem ist im Ausführungsbeispiel ein Zusatzwärmetauscher 42 teil des Kühlkreislaufs 28, mit dem im Betrieb des Kühlkreislaufs 28 die Energiesenke 10, beispielsweise ein Akkumulator, gekühlt wird.

Die Erfindung ist nicht auf das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt. Vielmehr können auch andere Varianten der Erfindung von dem Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen. Insbesondere sind ferner alle im Zusammenhang mit dem Ausführungsbeispiel beschriebenen Einzelmerkmale auch auf andere Weise miteinander kombinierbar, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG

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Zitierte Nicht-Patentliteratur

  • Norm IEC 62196-2 [0025]
  • Norm EN 62196 [0025]