Title:
Kühlung von elektrischen Ladestromleitungen
Document Type and Number:
Kind Code:
A1

Abstract:

Die vorliegende Erfindung beschreibt eine Leitungsvorrichtung (10) für Kraftfahrzeug mit einem elektrischen Leiter (1) und einer Kühlleitung (2). Der elektrische Leiter (1) kann in dieser Erfindung insbesondere als Hochvoltleitung (9) ausgebildet sein. In Elektrofahrzeugen (11) befinden sich meistens Hochvoltleitungen (9), welche hohe elektrische Leistungsdichten aufweisen. Dies macht in vielen Fällen eine Kühlung dieser Hochvoltleitungen (9) nötig. Erfindungsgemäß wird eine im Querschnitt sichelförmige Kühlleitung (2) vorgeschlagen, welche die Mantelfläche des elektrischen Leiters (1) zu einem Anteil umfasst. Alternativ können die Kühlleitung (2) und der elektrische Leiter (1) konzentrisch ausgeführt sein. Die Kombination der Kühlleitung (2) mit dem elektrischen Leiter (1) ergibt die erfindungsgemäße Leitungsvorrichtung (10). Damit kann sich beispielsweise der Vorteil ergeben, dass Hochvoltleitungen (9) mit größerem Durchmesser nicht nötig werden, was konstruktive Vorteile mit sich bringen kann. Auch eine Erhöhung der Ladeleistung bei Hochvoltleitungen (9) zur Verkürzung der Ladezeiten von Batterien (4) in Elektrofahrzeugen (11) ist als positiver Effekt denkbar.





Inventors:
Koch, Christoph, Dipl.-Ing. (FH) (73230, Kirchheim, DE)
Schmitt, Sebastian (73765, Neuhausen, DE)
Schmid, Ottmar, Dipl.-Ing. (FH) (88677, Markdorf, DE)
Benecke, Juergen, Dipl.-Ing. (FH) (71636, Ludwigsburg, DE)
Application Number:
DE102017004468A
Publication Date:
11/02/2017
Filing Date:
05/10/2017
Assignee:
Daimler AG, 70327 (DE)
International Classes:
H01B7/42; B60L11/18; B60R16/03
Claims:
1. Leitungsvorrichtung (10) für ein Kraftfahrzeug mit
– einem elektrischen Leiter (1) und
– einer Kühlleitung (2)
dadurch gekennzeichnet, dass,
– die Kühlleitung (2) im Querschnitt sichelförmig ausgebildet ist und eine Mantelfläche des elektrischen Leiters (1) zu einem Anteil umfasst, oder
– die Kühlleitung (2) und der elektrische Leiter (1) konzentrisch ausgebildet sind.

2. Leitungsvorrichtung (10) nach Anspruch 1, wobei der elektrische Leiter (1) und die Kühlleitung (2) von einer Ummantelung (3) zu einem Gesamtkabel umschlossen sind.

3. Leitungsvorrichtung (10) nach einem der vorigen Ansprüche, wobei der elektrische Leiter (1) als Hochvoltleitung (9) oder als Ladestromleitung ausgeführt ist.

4. Leitungsvorrichtung (10) nach einem der vorigen Ansprüche, wobei in der Kühlleitung (2) Wasser als Kühlmittel enthalten ist.

5. Kraftfahrzeug mit einem Kühlsystem und einer Leitungsvorrichtung (10) nach einem der vorigen Ansprüche, wobei die Kühlleitung (2) mit dem Kühlsystem verbunden ist.

Description:

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Leitungsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug mit einem elektrischen Leiter und einer Kühlleitung.

Bei heutigen PKW-Verbrennerfahrzeugen ist es der Kunde gewohnt, in wenigen Minuten eine Vollbetankung durchzuführen. Batteriefahrzeuge mit ausreichender Reichweite benötigen eine Batterie mit einem Energiegehalt bis über ca. 100 kWh. Von Tesla ist eine DC-Ladeleistung von ca. 120 kW bekannt. Diese Ladeleistung von 120 kW ist jedoch nicht als Dauerleistung wegen der Wechselwirkungen mit der Batterie möglich. Mit dieser Ladeleistung und einem angenommenen Energiegehalt der Batterie von 100 kWh ergibt sich eine Ladezeit von mehr als 50 Minuten. Wünschenswert hingegen sind jedoch deutlich geringere Ladezeiten als 50 Minuten. Dazu ist unter anderem eine Erhöhung der Ladeleistung notwendig. Um die Ladeleistung deutlich zu erhöhen, muss in der Regel sowohl die Ladespannung als auch der Ladestrom erhöht werden. Eine Erhöhung des Ladestroms verursacht jedoch eine erhöhte elektrische Verlustleistung, welche in Wärme umgesetzt wird und zur Vermeidung von Überhitzung der Bauteile abgeführt werden muss.

Die elektrische Verlustleistung berechnet sich unter Berücksichtigung des ohmschen Gesetzes mit P = I2·R. P ist in diesem Fall die Verlustleistung, I die Stromstärke und R der elektrische Widerstand. Gemäß dieser Formel steigt die Verlustleistung mit der Stromstärke quadratisch an. Dies bedeutet beispielsweise, dass eine Erhöhung der Stromstärke von 200 Ampere auf 350 Ampere in etwa eine dreifache Verlustleistung bei gleichem Widerstand ergibt. Da Verlustleistung sich als Wärmeentwicklung äußert, verdreifacht sich in etwa in diesem Fall die Wärmeentwicklung des elektrischen Leiters. Der elektrische Leiter wird oft auch als Hochvoltleitung oder Ladestromleitung bezeichnet.

Mit einer Erhöhung der Leitungsquerschnitte könnte zum Beispiel die Temperaturerhöhung des elektrischen Leiters für die Ladestromführung physikalisch betrachtet in Grenzen gehalten werden. Denn mit der Zunahme des Leistungsquerschnitts der Ladestromleitung sinkt der ohmsche Widerstand und damit die elektrische Verlustleistung bzw. die Wärmeentwicklung der Ladestromleitung. Der Widerstand eines elektrischen Leiters kann durch deren spezifischen elektrischen Widerstand mit folgender Formel beschrieben werden:

R ist der spezifische elektrische Widerstand eines Leiters, der sich über den spezifischen Widerstand des Leitermaterials, L die Länge des Leiters sowie Aq die Querschnittsfläche des elektrischen Leiters. Das heißt mit größeren Leitungsquerschnitten könnte die Verlustleistung reduziert werden. Nachteilig hierbei sind jedoch der Anstieg des Gewichts der Hochvoltleitungen und auch der zusätzlich benötigte Bauraum für die elektrischen Leiter. Zudem sind bei Ladestromleitungen mit erhöhtem Durchmesser auch größere Biegeradien nötig, was zu konstruktiven Problemen führen kann.

In der Druckschrift US 2015/0217654 A1 wird ein Ladesystem für ein Elektrofahrzeug beschrieben, dass eine Stromquelle und ein Kabel mit einem ersten und einem zweiten Ende aufweist. Dieses Kabel beinhaltet eine Ladeleitung und eine Kühlleitung. Die Kühlleitung erstreckt sich vom ersten Ende bis zum zweiten Ende. Am zweiten Ende des Kabels ist eine Steckverbindung angeordnet, womit das Kabel mit dem Elektrofahrzeug verbunden werden kann. Die Kühlleitung ist dazu ausgebildet, ein Fluid zum Kühlen der Ladeleitung zu transportieren. In dieser Druckschrift werden verschiedene geometrische Formen der Kühlleitung präsentiert.

Die Veröffentlichung DE 11 2012 003 099 T5 offenbart eine Ladestation für Elektrofahrzeuge. Die Fahrzeugladestation umfasst eine Ladequelle, eine Kühlmittelquelle und einen Anschluss, der sowohl einen Abschnitt für die elektrische Speisung zur Zuführung der elektrischen Ladung und einen Abschnitt für die Kühlmittelspeisung zur Zuführung des Kühlmittels umfasst. Der Anschluss kann mit einem Fahrzeug verbunden und angeschlossen werden. Ein Anschluss für eine Fahrzeugladestation und ein Elektrofahrzeug werden ebenfalls bereitgestellt.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, die elektrische Leistungsdichte von elektrischen Leitern, insbesondere bei Hochvoltleitungen in Elektrofahrzeugen, unter Berücksichtigung der entstehenden Abwärme zu erhöhen.

Diese Aufgabe wird durch die vorliegende Erfindung gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen dieser Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die vorliegende Erfindung demnach eine Leitungsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug mit einem elektrischen Leiter und einer Kühlleitung vor. Diese Leitungsvorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass die Kühlleitung im Querschnitt sichelförmig ausgebildet ist und eine Mantelfläche des elektrischen Leiters zu einem Anteil umfasst, oder die Kühlleitung und der elektrische Leiter konzentrisch ausgebildet sind. Dadurch kann dauerhaft eine Kühlung des elektrischen Leiters bereitgestellt werden, was zum Beispiel die Gefahr von Leitungsbränden reduzieren kann. Ferner kann durch diese passive Kühlungsmaßnahme die Ladeleistung des elektrischen Leiters erhöht werden und somit die Ladezeiten zum Aufladen der Batterie reduziert werden. Auch kann es möglich sein, eventuell elektrische Ladeleitungen mit geringeren Leitungsquerschnitten zu verwenden, was zusätzlichen Bauraum in dem Kraftfahrzeug schaffen kann.

Eine besonders vorteilhafte Variante dieser Erfindung sieht eine Leitungsvorrichtung vor, wobei der elektrische Leiter und die Kühlleitung von einer Ummantelung zu einem Gesamtkabel umschlossen sind. In dieser Variante kann durch die Ummantelung die Kontaktierung von der Kühlleitung und dem elektrischen Leiter zusätzlich verstärkt werden. Die Kühlleitung sowie der elektrische Leiter bilden damit eine Einheit und sind dadurch besser miteinander verbunden. Damit kann eine Kühlung des elektrischen Leiters besser sichergestellt werden, weil durch die Ummantelung die Kühlleitung und die elektrische Leitung ein Gesamtkabel bilden und beim Verlegen des Gesamtkabels die Kühlleitung nicht vergessen werden kann.

Eine weitere Option der vorliegenden Erfindung sieht eine Leitungsvorrichtung vor, wobei der elektrische Leiter als Hochvoltleitung oder als Ladestromleitung ausgeführt ist. Bei Hochvoltleitungen beziehungsweise Ladestromleitungen treten häufig hohe Spannungen und/oder hohe Stromstärken auf. Dies bedeutet auch eine erhöhte Wärmeentwicklung aufgrund der höheren Verlustleistung. Daher macht die erfindungsgemäße passive Kühlung bei Hochvoltleitungen oder Ladestromleitungen besonders viel Sinn.

Eine weitere vorteilhafte Variante der vorliegenden Erfindung sieht eine Leitungsvorrichtung vor, wobei in der Kühlleitung Wasser als Kühlmittel enthalten ist. Wasser ist umwelttechnisch gesehen meistens unbedenklich und kann daher fast immer ohne Weiteres eingesetzt werden. Außerdem weist Wasser im Vergleich zu vielen anderen Wärmeübertragungsflüssigkeiten eine relativ hohe Wärmekapazität auf. Dies bedeutet, dass Wasser bei gleicher Temperaturerhöhung mehr Energie aufnimmt als beispielsweise ein Thermo-Öl mit geringerer Wärmekapazität. Zudem ist Wasser leicht verfügbar und hat sich bereits in vielen Fällen erfolgreich als Wärmeübertragungsmedium bewährt.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnungen. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.

Dabei zeigen:

1 schematisch einen elektrischen Leiter, der in etwa zur Hälfte von einer Kühlleitung sichelförmig umschlossen wird,

2 schematisch einen elektrischen Leiter sowie eine Kühlleitung, welche mit einer Ummantelung umschlossen sind und somit ein Gesamtkabel bilden,

3 ein Blockdiagramm eines Elektrofahrzeugs mit Hochvoltleitungen und Kühlleitungen in einem Elektrofahrzeugs mit einer Ladebox und

4 eine Skizze eines Mantelrohrsystems aus einer Hochvoltleitung und Kühlleitung im Inneren.

1 zeigt schematisch, wie eine Kühlleitung 2 um einen elektrischen Leiter 1 angeordnet sein kann. In diesem Beispiel umschließt die Kühlleitung 2 in etwa 50% der Mantelfläche des elektrischen Leiters 1 wie eine Sichel. Das Material der Kühlleitung 2 beinhaltet mechanisch beziehungsweise steife Komponenten, sodass die Kühlleitung 2 auch bei einem höheren Kühlwasserdruck in der gezeigten Form bleibt. Der elektrische Leiter 1 wird so besser umschlossen als wenn er mit der Kühlleitung punktuell kontaktiert wäre und damit steht eine größere Fläche zur Wärmeübertragung zur Verfügung. Die Kombination von dem elektrischen Leiter 1 sowie der Kühlleitung 2 stellt eine beispielhafte Leitungsvorrichtung 10 dar. Dabei kann die Kontaktierung reversibel ausgestaltet sein. Das heißt es ist möglich, die Kühlleitung 2 vom elektrischen Leiter 1 zu trennen. Danach kann eine neue Kühlleitung 2 am elektrischen Leiter 1 angebracht werden.

In 2 ist eine weitere vorteilhafte Variante dieser Erfindung gezeigt. Die der elektrische Leiter 1 sowie die Kühlleitung 2 werden durch eine Ummantelung 3 starr miteinander verbunden. Dabei wird der elektrische Leiter 1 in die Kühlleitung 2 eingedrückt und verformt diese. Das Material der Kühlleitung 2 ist in diesem Beispiel flexibel aber auch genügend stabil ausgeführt, um bei einem Fluiddruck des Kühlmittels in seiner Form zu bleiben. Beispielsweise ist als Material Kupfer denkbar, welches an der Außenfläche eine ausreichende Isolationsschicht zur elektrischen Isolierung aufweist. Auch bei dieser Variante kann eine größere Fläche zur Wärmeübertragung bereitgestellt werden als dies bei einer punktförmigen Kontaktierung der beiden Leiter der Fall wäre. Mithilfe der Ummantelung 3 kann eine Leitungsvorrichtung 10 erzeugt werden, welche zwei Komponenten beinhaltet, nämlich den elektrischen Leiter 1 sowie die Kühlleitung 2. Es ist jedoch auch möglich, dass die Kühlleitung 2 den elektrischen Leiter 1 soweit umschließt, dass beide Komponenten auch ohne die Ummantelung 3 eine stabile Einheit bilden können. Im Idealfall ergibt sich ein rundes Gesamtkonstrukt, welches den elektrischen Leiter 1 sowie die Kühlleitung 2 umfasst.

Dieses Gesamtkonstrukt kann in einem weiteren Beispiel als Mantelrohrsystem, wie in 4 gezeigt, ausgeführt sein. In 4 verläuft die Kühlleitung 2 innerhalb des elektrischen Leiters 1. Die Kühlleitung 2 ist im Querschnitt senkrecht zur Hauptachse ein Kreis und diese wird konzentrisch vom elektrischen Leiter 1 umfasst. Mit anderen Worten verläuft die Kühlleitung 2 durch den elektrischen Leiter 1 beziehungsweise durch ein Hochvoltkabel 9 hindurch. In diesem Fall findet an der Innenseite des elektrischen Leiters 1 die Wärmeübertragung statt. Es ist dabei auch möglich, dass die beiden Leitungen vertauscht werden und die Leitungsvorrichtung 10 mit dem elektrischen Leiter 1 im Inneren und mit der Kühlleitung 2 von außen ausgeführt ist. In diesem Fall würde die Kühlleitung 2 den elektrischen Leiter 1 konzentrisch umfassen. Mit einer solchen Anordnung könnte eine maximale Fläche zur Wärmeübertragung genutzt werden.

Elektrische Hochvoltleitungen 9, die nicht ohne weiteres durch Personen berührt werden können, dürfen gemäß einer Vorschrift nur eine maximal zulässige Oberflächentemperatur von 430 Kelvin aufweisen. In der Regel erfolgt die Auslegung von Hochvoltleitungen 9 unter dieser zulässigen Oberflächentemperatur. Dies ist nötig aufgrund von Temperaturlimitierungen in Steckern, welche mit den Hochvoltleitungen 9 verbunden werden können, sowie eines nötigen Sicherheitspuffers zum zulässigen Temperaturlimit. Ungünstige Umstände können schnell zu sogenannten Überschwingern führen und auch dabei soll die maximal zulässige Oberflächentemperatur nicht überschritten werden. Um den Effekt der Kühlleitung 2 auf die sich auszubildende Oberflächentemperatur der Hochvoltleitung 9 einschätzen zu können, wurden Simulationen durchgeführt. Diese Simulationen sehen als Randbedingung einen im Querschnitt senkrecht zur Hauptachse kreisrunden elektrischen Leiter 1 sowie eine im Querschnitt senkrecht zur Hauptachse kreisrunde Kühlleitung 2 vor, welche nebeneinander angeordnet sind und sich berühren. Diese Geometrie weicht von denen, welche in der 1, 2 und 4 gezeigt werden ab. Dadurch wird der Kühleffekt durch die Kühlleitung 2 vermutlich geringer ausfallen, was bedeutet, dass die Ergebnisse der Simulationen eine konservative Abschätzung darstellen.

Für die Simulationen wurden folgende Annahmen getroffen. Eine Temperaturänderung in der Kühlleitung 2 wird vernachlässigt und es wird eine konstante Temperatur von 65°C des Kühlmittels angenommen. Als Kühlmittel ist Wasser vorgesehen. Die Verlustleistung in einer Kupferlitze des elektrischen Leiters 1 wird mit der Formel P = α·L·I²Aq berechnet und entsprechend angepasst. Innerhalb der Kühlleitung 2 wird eine laminare Strömung unter Vernachlässigung von jeglichen Turbulenzen angenommen. Es befinden sich gemäß den Annahmen keine Wände in der näheren Umgebung des elektrischen Leiters 1 beziehungsweise der Kühlleitung 2. Die Temperatur der Umgebungsluft zu Beginn beträgt 20°C als Anfangsbedingung. Auch die Anfangstemperatur der Kupferlitze sowie des Isolationsmaterials beträgt zu Beginn 20°C für die Simulationen. Das Isolationsmaterial der Kühlleitung 2 ist das gleiche wie bei dem elektrischen Leiter 1. Die Haftbedingungen der Luft an dem elektrischen Leiter 1 werden als schlupffrei angenommen. Mit anderen Worten die Relativgeschwindigkeit des elektrischen Leiters 1 zur umgebenden Luft beträgt null. In den Simulationen wird also keine erzwungene Konvektion berücksichtigt.

Mit diesen Annahmen wurden verschiedene Simulationen mit einer Simulationsdauer von 2 bis 3 Stunden durchgeführt. Dabei wurden unterschiedliche Hochvoltleitungen 9 untersucht. Es wurden drei unterschiedliche Hochvoltleitungen 9 untersucht, welche sich in ihren Durchmessern unterscheiden. Somit unterscheiden sich die untersuchten Hochvoltleitungen 9 in ihren Querschnittsflächen senkrecht zur Hauptachse. Jede Hochvoltleitung 9 wurde einmal mit Kontakt zur Kühlleitung 2 und einmal ohne Kontakt zur Kühlleitung 2 simuliert. Die folgende Tabelle zeigt das Resultat dieser Simulationen.

Nr.Querschnitt HV Leitung/mit oder ohne Kontakt zur KühlleitungTemperatur HV-Leitung@500 A [K]150 mm2/ohne Kontakt zur Kühlleitung660250 mm2 /mit Kontakt zur Kühlleitung440370 mm2/ohne Kontakt zur Kühlleitung510470 mm2/ mit Kontakt zur Kühlleitung414595 mm2/ohne Kontakt zur Kühlleitung436

Das Ergebnis der Simulationen gemäß vorstehender Tabelle zeigt, dass die Temperaturen an den Hochvoltleitungen 9 geringer ausfallen, wenn diese einen Kontakt zur Kühlleitung 2 haben. Die Kontaktfläche in den Simulationen wurde minimal gewählt.

Die Hochvoltleitung 9 und die Kühlleitung 2 berühren sich wie zwei Zylinder. In der Realität kann diese Kontaktfläche durch leichten Andruck erhöht werden. Im optimalen Fall kann anstatt einer Hochvoltleitung 9 mit 95 mm2 Querschnitt eine Hochvoltleitung 9 mit einem Querschnitt von 50 mm2 verwendet werden und somit bis zu 45% der Masse von der Hochvoltleitung 9 eingespart werden. Diese Simulationen können dabei helfen einzuschätzen, ob Hochvoltleitungen 9 mit unterschiedlichen Leitungsquerschnitten für hohe Ladeströme geeignet sind, wobei deren Oberflächentemperatur und deren Masse pro Leitungslänge ebenfalls berücksichtigt werden können. Da in einem Elektrofahrzeug 11 durchaus 10 Meter Hochvoltleitungen verbaut sein können, wäre eine mögliche Reduktion von Leitungsquerschnitten bei Hochvoltleitungen 9 ein nicht zu vernachlässigender Kostenvorteil.

Es wurden auch Simulationen mit Umgebungstemperaturen von mehr als 20°C durchgeführt. Dabei zeigte sich, dass die maximale Oberflächentemperatur der Hochvoltleitung 9 weitgehend linear mit der Umgebungstemperatur ansteigt.

Die Simulationen können somit dabei helfen, die Oberflächentemperatur des elektrischen Leiters 1 einzuschätzen, wenn die Kühlleitung 2 mehrere Hochvoltleitungen 9 zugleich kühlt. Beispielsweise können an der Kühlleitung 2 zwei, drei oder vier Hochvoltleitungen 9 angeordnet sein. Dabei kontaktiert in diesem Beispiel jede dieser Hochvoltleitung 9 die Kühlleitung 2. Auch kann mithilfe der Simulationen der Effekt der Kontaktierung der Kühlleitung 2 mit dem elektrischen Leiter 1 eingeschätzt werden. An den Kontaktstellen der Kühlleitung 2 mit dem elektrischen Leiter 1 beziehungsweise der Hochvoltleitung 9 kann somit ein Wärmeaustausch stattfinden. Gemäß dem zweiten Hauptsatz der Thermodynamik fließt dabei die Wärme stets von einem warmen Objekt zu einem kühleren Objekt. In diesem Fall fließt die Wärme von dem warmen elektrischen Leiter 1 zur kühleren Kühlleitung 2, welche die Wärme beziehungsweise Hitze des elektrischen Leiters 1 abtransportiert.

In 3 ist schematisch in einem Blockdiagramm ein Elektrofahrzeug 11 mit einer Batterie 4 und Ladebox 5 gezeigt. Das Elektrofahrzeug 11 weist darüber hinaus zwei Elektromotoren 6, einen Verteiler 8 für die Hochvoltleitungen 9 sowie eine Kühlung 7 auf. Die Hochvoltleitungen 9 verlaufen vom Verteiler 8 aus in Richtung der Elektromotoren 6, zur Ladebox 5 sowie wieder zum Verteiler 8 zurück. Da die Hochvoltleitungen 9 deutlich höhere Leistungen bereitstellen können als beispielsweise die bei herkömmlichen Verbrennerfahrzeugen oft eingesetzten 12 V Leitungen, treten bei diesen elektrischen Leitern 1, die in diesem Beispiel als Hochvoltleitungen 9 ausgebildet sind, auch entsprechend höhere Verlustleistungen auf. Diese Verlustleistungen äußern sich in Form von Wärme. Daher werden die Kühlleitungen 2 vorzugsweise entlang der Hochvoltleitungen 9 angeordnet. Diese Kühlleitungen 2 sind entsprechend an den Hochvoltleitungen 9 kontaktiert. Drei grundsätzlich mögliche Formen der Kontaktierung wurden in den 1, 2 und 4 gezeigt.

Es ist dabei besonders vorteilhaft, wenn bereits vorhandene Kühlschläuche, wie zum Beispiel für den On Board Lader, verwendet werden. Das heißt es müssen keine separate Kühlleitungen 2 bereitgestellt werden, sondern es kann unter Umständen bereits eine vorhandene Infrastruktur des Elektrofahrzeugs 11 verwendet werden. Die vorhandenen Kühlschläuche fungieren in diesem Beispiel als Kühlleitungen 2. Auch ist es äußerst vorteilhaft, wenn die bereits vorhandene Kühlung 7 des On Board Laders als Wärmetauscher verwendet wird, der die von den Hochvoltleitungen 9 entstehende Wärme aufnehmen kann.

Häufig ist die Kühlmitteltemperatur für Elektromotoren 6 deutlich höher als die Kühlmitteltemperatur die Batterie 4, was häufig separate Kühlmittelkreisläufe nötig macht. In der Regel werden die Ladebox 5, die Elektromotoren 6 sowie die Leistungselektronik mit einem Kühlmedium gekühlt, dessen Temperatur maximal bei 70°C liegt. In vielen Fällen ist das Kühlmedium Wasser. Das in 3 beispielhaft vorgeschlagene Kühlsystem zeigt ein Batteriefahrzeug mit Front- und Heckantrieb. Es ist dabei natürlich auch möglich, ein Fahrzeug mit diesem Kühlsystem auszurüsten, das ausschließlich einen Front- oder einen Heckantrieb aufweist. In vorteilhafter Weise ist die Ladebox 5 in das Kühlsystem eingegliedert. Hier können ebenfalls beim Aufladen der Batterie 4 hohe Stromflüsse und damit entsprechende Verlustleistungen entstehen. Die Kühlleitungen 2 sind in dem Beispiel von 3 auch an dem Verteiler 8 angeordnet, da dieser einen Knotenpunkt für die Hochvoltleitungen 9 darstellt. An dem Verteiler 8 kann daher eine Kühlung besonders notwendig sein. Aufgrund der starken Wärmeentwicklung bei den Hochvoltleitungen 9 wird in der Regel eine effiziente Kühlung benötigt, was durch eine Flüssigkühlung tendenziell eher realisierbar ist als mit einer Gaskühlung. In diesem Beispiel wird als Kühlmedium Wasser vorgeschlagen.

Aufgrund des Siedepunkts von Wasser, der unter Normalbedingungen bei 100°C liegt, kann es sinnvoll sein, ein anderes Kühlmittel als Wasser zu verwenden. Es kann sinnvoll sein, andere Kühlmittel einzusetzen, welche auch über 100°C noch flüssig sind. Wird eine Kühlflüssigkeit gewählt, deren Siedepunkt so hoch ist, dass eine Verdampfung nicht zu erwarten ist, so kann auch bei Temperaturen über dem Siedepunkt von Wasser eine effiziente Kühlung bereitgestellt werden. Nichtsdestotrotz bleibt Wasser bzw. Wasser-Glykolgemisch ein effizientes, umweltfreundliches und relativ günstiges Kühlmedium.

Bezugszeichenliste

1
elektrischer Leiter
2
Kühlleitung
3
Ummantelung
4
Batterie
5
Ladebox
6
Elektromotor
7
Kühlung
8
Verteiler
9
Hochvoltleitung
10
Leitungsvorrichtung
11
Elektrofahrzeug

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG

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Zitierte Patentliteratur

  • US 2015/0217654 A1 [0006]
  • DE 112012003099 T5 [0007]