DE102021134200A1

DE102021134200A1 - DC-Ladevorrichtung

Info

Publication number: DE102021134200A1
Application number: DE102021134200.7A
Authority: DE
Inventors: Faical Turki
Original assignee: Compleo Charging Solutions AG
Current assignee: CCS Abwicklungs AG
Priority date: 2021-12-22
Filing date: 2021-12-22
Publication date: 2023-06-22

Abstract

Die Erfindung betrifft eine DC-Ladevorrichtung für elektrisch betreibbare Fahrzeuge mit einem Gehäuse (1), mit einem aus dem Gehäuse (1) hinausgeführten, angeschlagenen Ladekabel (14), mit einem an einem freien Ende des Ladekabels (14) vorgesehenen Steckelement (10), wobei das Steckelement (10) wenigstens einen Anschlusskontakt (12) vorsieht und eingerichtet ist zum elektrisch leitenden Verbinden der DC-Ladestation mit einem Fahrzeug, und mit einem an dem Gehäuse (1) vorgesehenen Aufnahmeadapter (30), welcher eingerichtet ist zur Aufnahme des Steckers (10) in einer Ruheposition, in der der Stecker (10) nicht verwendet wird, und mit einer dem Aufnahmeadapter (30) zugeordneten Kühleinrichtung (20) zum Kühlen des in den Aufnahmeadapter (30) eingesetzten Steckers (10) in seiner Ruheposition, wobei die Kühleinrichtung (20) wenigstens eine Heatpipe (21) umfasst und wobei der Anschlusskontakt (12) des Steckers (10) in der Ruheposition den die Heatpipe (21) umgreift und zumindest bereichsweise kontaktbehaftet an die Heatpipe (21) angelegt ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine DC-Ladevorrichtung für elektrisch betreibbare Fahrzeuge mit einem Gehäuse, mit einem aus dem Gehäuse hinausgeführten, angeschlagenen Ladekabel, mit einem an einem freien Ende des Ladekabels vorgesehenen Steckelement, wobei das Steckelement wenigstens einen Anschlusskontakt vorsieht und eingerichtet ist zum elektrisch leitenden Verbinden der DC-Ladestation mit einem Fahrzeug, und mit einem an dem Gehäuse vorgesehenen Aufnahmeadapter, welcher eingerichtet ist zur Aufnahme des Steckers in einer Ruheposition, in der der Stecker nicht verwendet wird, und mit einer dem Aufnahmeadapter zugeordneten Kühleinrichtung zum Kühlen des in den Aufnahmeadapter eingesetzten Steckers in seiner Ruheposition.
Gattungsgemäße DC-Ladevorrichtungen für elektrisch betreibbare Fahrzeuge können hohe elektrische Leistungen bereitstellen und erwärmen sich während des Ladevorgangs mithin erheblich. Um den Anstieg der Temperatur zu begrenzen und insbesondere nach dem Ladevorgang eine schnelle Abkühlung der Ladevorrichtung, des Ladekabels und/oder des Steckers zu gewährleisten, ist beispielsweise eine fluidische Kühlung für das Ladekabel und den Stecker bekannt. Hierbei werden insbesondere die Anschlusskontakte des Steckers mit Luft oder einer Kühlflüssigkeit gekühlt. Das Kühlmedium wird dabei über eine das Ladekabel geführte Zuleitung und eine ebenfalls in dem Ladekabel vorgesehene Rückleitung von einer Umwälzstation bereitgestellt, die im Gehäuse der DC-Ladevorrichtung untergebracht ist. Derartige Lösungen erlauben die Kühlung während des Ladevorgangs. Sie sind aber konstruktiv aufwendig und teuer.
Ebenfalls ist bekannt, den Stecker mit seinen Anschlusskontakten nach dem Laden zu kühlen. Hierbei macht man sich zunutze, dass die Ladestation den Aufnahmeadapter für den Stecker bereitstellt und der Stecker bei Nichtverwendung desselben in einer definierten (Ruhe-) Position bereitgestellt wird. Die dem Aufnahmeadapter zugeordnete Kühleinrichtung für den Stecker sieht beispielsweise Peltierelemente vor, welche bestromt werden und dann die Anschlusskontakte des Steckers aktiv kühlen. Die Peltierelemente bilden dabei die Pins des Aufnahmeadapters, an den die hülsenförmigen Anschlusskontakte des Steckers angesetzt werden. Eine derartige Lösung beschreibt beispielsweise die DE 10 2016 110 937 A1 .
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine verbesserte Kühleinrichtung für eine DC-Ladeeinrichtung bereitzustellen.
Zur Lösung der Aufgabe ist die Erfindung in Verbindung mit dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Kühleinrichtung wenigstens eine Heatpipe umfasst und wobei der Anschlusskontakt des Steckers in der Ruheposition den die Heatpipe umgreift und zumindest bereichsweise kontaktbehaftet an die Heatpipe angelegt ist.
Der besondere Vorteil der Erfindung besteht darin, dass die Kühlung des Anschlusskontakts des Steckers mittels der Heatpipe passiv erfolgt und mit dem Einsetzen des Steckers in den Aufnahmeadapter automatisch startet. Konstruktiv und steuerungstechnisch ist die Lösung einfach umzusetzen. Der Energiebedarf ist gering.
Da die Heatpipe von dem Anschlusskontakt umgriffen wird und ein berührender Kontakt ausgebildet ist, ist die Wirksamkeit der Kühlung vergleichsweise hoch. Die DC-Ladevorrichtung mit dem gekühlten Anschlusskontakt steht insofern zeitnah nach der Beendigung eines Ladevorgangs für weitere, folgende Ladevorgänge wieder zur Verfügung. Die Ausfallzeiten der DC-Ladevorrichtung können demzufolge reduziert werden.
Beispielsweise sind der Anschlusskontakt des Steckers hülsenförmig und/oder die Heatpipe stiftförmig ausgebildet. Die Heatpipe sieht beispielsweise einen stiftförmigen ersten Funktionsabschnitt und einen zweiten Funktionsabschnitt vor, wobei der hülsenförmige Anschlusskontakt des Steckers in der Ruheposition den stiftförmigen ersten Funktionsabschnitt der Heatpipe umgreift.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sieht die Kühleinrichtung einen Kühlkörper vor. Der Kühlkörper kann berührend an den zweiten Funktionsabschnitt der Heatpipe angelegt sein beziehungsweise den zweiten Funktionsabschnitt umgreifen zur Realisierung einer effektiven Kühlung des Steckers.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist dem Aufnahmeadapter eine Verriegelungseinrichtung mit einem verstellbaren Verriegelungselement zugeordnet, welches zum Freigeben und Blockieren des Steckers in der Ruheposition betätigt wird und von einer Freigabestellung in eine Blockierstellung und zurück verbringbar ist. Zur Betätigung des Verriegelungselements sieht die Verriegelungseinrichtung ein Betätigungselement vor. Beispielsweise kann die Betätigung aktorisch über einen Elektromotor oder einen Hubmagneten erfolgen. Durch das Vorsehen der Verriegelungseinrichtung ist es möglich, den Stecker in dem Aufnahmeadapter solange festzulegen, zu blockieren und gegen eine Entnahme zu sichern, bis eine sensorisch ermittelte Ist-Temperatur des Steckers beziehungsweise seiner Anschlusskontakte eine Freigabe-Temperatur erreicht beziehungsweise unterschreitet. Erst ab dieser Freigabe-Temperatur kann der Stecker entnommen und zur Durchführung eines weiteren Ladevorgangs mit einem elektrisch betreibbaren Fahrzeug verbunden werden.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung wird die sensorisch erfasste Ist-Temperatur der Anschlusskontakte an eine Steuereinheit der DC-Ladevorrichtung übermittelt. Anhand der Ist-Temperatur ermittelt die Steuereinheit eine voraussichtlich verbleibende Kühlzeitdauer. Die Kühlzeitdauer kann über ein Anzeigemittel der DC-Ladevorrichtung, beispielsweise ein Display, angezeigt werden. Benutzer sind dann stets informiert, wann die DC-Ladevorrichtung wieder benutzt und/oder der Stecker aus dem Aufnahmeadapter entnommen werden kann.
Die Steuereinheit der DC-Ladevorrichtung kann ebenfalls für die Betätigung der Verriegelungseinrichtung verwendet werden, unabhängig davon, ob die Ist-Temperatur ermittelt und/oder die Kühlzeitdauer bestimmt und angezeigt wird. Beispielsweise kann ein festes Zeitintervall vorgesehen sein, für das der Stecker zwischen zwei Ladevorgängen in dem Aufnahmeadapter festgelegt ist und gekühlt wird.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist dem Kühlkörper der Kühleinrichtung ein Lüfter zugeordnet, welcher beispielsweise als Elektrolüfter ausgebildet ist und von der Steuereinheit der DC-Ladevorrichtung betrieben wird. Beispielsweise kann die räumliche Zuordnung des Kühlkörpers einerseits und einer Leistungselektronik-Baugruppe der DC-Ladevorrichtung andererseits so gewählt sein, dass ein zum Kühlen der Leistungselektronik-Baugruppe ohnehin vorgesehener Lüfter der DC-Ladevorrichtung zugleich zum Kühlen des Kühlkörpers der Kühleinrichtung verwendet wird. Beispielsweise können Luftleitelemente vorgesehen sein, um einen Luftstrom eines gemeinsamen Lüfters aufzuteilen und einen Teilluftstrom zu dem Kühlkörper der Kühleinrichtung zu führen. Vorteilhaft kann die Kühlzeitdauer durch das Zuschalten eines Lüfters reduziert werden. Die DC-Ladestation steht dann nach der Beendigung eines Ladevorgangs schneller für nachfolgende Ladevorgänge wieder zur Verfügung. Darüber hinaus kann durch die vorgenannten Lösungen auf die Verwendung eines separaten Lüfters für die Kühleinrichtung verzichtet werden. Die Kosten der DC-Ladevorrichtung sind demzufolge reduziert. Darüber hinaus ist der Energiebedarf zum Betrieb eines Lüfters in vielen Fällen geringer als der Energiebedarf zweier Lüfter.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung wirkt die Steuereinheit mit dem Lüfter derart zusammen, dass in Abhängigkeit der Ist-Temperatur der Anschlusskontakte und/oder der Kühlzeitdauer eine Drehzahl des Lüfters beziehungsweise eine Lüfterleistung vonseiten der Steuereinheit vorgegeben wird. Mittels der Steuereinheit kann dann beispielsweise durch eine Erhöhung der Lüfterleistung die Kühlzeitdauer reduziert werden. Dies ist beispielsweise vorteilhaft, wenn aufgrund einer Reservierung oder anderen Bedarfsanforderungen die DC-Ladevorrichtung kurzfristig wieder zur Verfügung gestellt werden soll.
Aus den weiteren Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung sind weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung zu entnehmen. Dort erwähnte Merkmale können jeweils einzeln für sich oder auch in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein. Die Zeichnungen dienen lediglich beispielhaft der Klarstellung der Erfindung und haben keinen einschränkenden Charakter.
Es zeigen:

1 eine Prinzipdarstellung einer erfindungsgemäßen DC-Ladevorrichtung,
2 eine Prinzipdarstellung einer Kühleinrichtung, eines Steckers und eines Aufnahmeadapters der DC-Ladevorrichtung nach 1 und
3 eine vergrößerte Wiedergabe der Kühleinrichtung der DC-Ladevorrichtung nach 2.

1 zeigt prinzipiell den Aufbau einer erfindungsgemäßen DC-Ladevorrichtung. Die DC-Ladevorrichtung ist als Ladevorrichtung mit einem angeschlagenen Ladekabel 14 realisiert, wobei an einem freien Ende des Ladekabels 14 ein Stecker 10 vorgesehen ist, der der Verbindung der DC-Ladevorrichtung mit einem nicht dargestellten elektrisch betreibbaren Fahrzeug dient. Die DC-Ladevorrichtung sieht ein Gehäuse 1 vor, aus dem das Ladekabel 14 herausgeführt ist.
An dem Gehäuse 1 ist ein Aufnahmeadapter 30 vorgesehen, in den der Stecker 10 bei Nichtverwendung desselben eingesetzt wird. Ist der Stecker 10 in den Aufnahmeadapter 30 eingesetzt, befindet er sich in seiner Ruheposition. Der Anschlussadapter 30 ist nicht elektrisch kontaktiert. Er dient insofern nicht der elektrischen Kontaktierung des Steckers 10, sondern lediglich seiner mechanischen Aufnahme. In der Branche ist ein derartiger Anschlussadapter 30 auch unter der Bezeichnung Docking Station oder Parkposition bekannt.
In dem Gehäuse 1 sind weitere Funktionskomponenten der DC-Ladevorrichtung angeordnet. Beispielsweise ist im Gehäuse 1 eine Leistungselektronik-Baugruppe 3 angeordnet, der ein Lüfter 2 zum Kühlen zugeordnet ist. Ferner ist an dem Gehäuse 1 ein Anzeigemittel 4 vorgesehen. Beispielsweise ist das Anzeigemittel 4 als Display ausgebildet. Ebenfalls sieht die DC-Ladevorrichtung eine nicht dargestellte Steuereinheit zum Durchführen des Ladevorgangs sowie verschiedene ebenfalls nicht dargestellte Schaltmittel (Relais, Schütz) und Sicherungsmittel (Leitungssicherung, Fehlerstromschutzschalter) sowie optional einen Energiemengenzähler vor.
Dem Aufnahmeadapter 30 der DC-Ladevorrichtung ist darüber hinaus eine Kühleinrichtung 20 zugeordnet, die im Detail in den 2 und 3 dargestellt ist. Die Kühleinrichtung 20 sieht zwei Heatpipes 21 und einen Kühlkörper 22 vor. Die Heatpipes 21 sehen einen stiftförmigen ersten Funktionsabschnitt 21.1 vor sowie einen zweiten Funktionsabschnitt 21.2, den der Kühlkörper 22 der Kühleinrichtung 20 umgreift. Der stiftförmige erste Funktionsabschnitt 21.1 der Heatpipes 21 bildet Pins beziehungsweise Stifte des Anschlussadapters 30 für zwei Anschlusskontakte 12 des Steckers 10. Die stiftförmigen ersten Funktionsabschnitte 21.1 der Heatpipes 21 sind dem Aufnahmeadapter 30 demzufolge so zugeordnet, dass die hülsenförmigen Anschlusskontakte 12 des in den Aufnahmeadapter 30 eingesetzten Steckers 10 die stiftförmigen ersten Funktionsabschnitte 21.1 umgreifen und jedenfalls bereichsweise berührend an diese angelegt sind.
Die Heatpipes 21 sind stabförmig ausgebildet. In einem Hohlraum der Heatpipes 21 ist ein Wärmetransportmedium vorgesehen, welches die Wärme, die an den Anschlusskontakten 12 des Steckers 10 bereitgestellt wird, zum Kühlkörper 22 der Kühleinrichtung 20 transportiert. Der Kühlkörper 22 sieht große Kühlflächen vor, über die die abtransportierte Wärme an die Umgebung abgegeben wird. Die Abgabe der Wärme kann dabei unterstützt werden, indem der Lüfter 2 der DC-Ladevorrichtung, der eigentlich der Kühlung der Leistungselektronik-Baugruppe 3 dient, von der Steuereinheit betrieben wird.
Als elektrisch betreibbare Fahrzeuge im Sinne der Erfindung gelten insbesondere alle Automobile (PKW, LKW, Wohnmobile, Zweiräder, Busse, Transporter und andere), Schienenfahrzeuge (insbesondere Lokomotiven), Wasserfahrzeuge (Boote und Schiffe), Luftfahrzeuge sowie Anhänger (Wohnanhänger), mobile Verkaufsstände und andere. Die Systemladevorrichtung kann verwendet werden zum Bereitstellen von elektrischer Energie für Fahrzeuge mit und ohne eigenen Energiespeicher.
Eine Ladevorrichtung im Sinne der Erfindung dient der Bereitstellung elektrischer Energie für elektrisch betreibbare Fahrzeuge im öffentlichen oder privaten Bereich. Darüber hinaus kann vorgesehen sein, dass die Systemladevorrichtung genutzt wird, um im Rahmen eines übergeordneten Energie- und/oder Lastmanagements Energie aus einem Energiespeicher des an die Systemladevorrichtung angeschlossenen elektrisch betreibbaren Fahrzeugs in das Versorgungsnetz ein- beziehungsweise zurückzuspeisen. Auf diese Weise können Spitzenbedarfe abgedeckt und das Versorgungsnetz stabilisiert werden.
Gleiche Bauteile und Bauteilfunktionen sind durch gleiche Bezugszeichen gekennzeichnet.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102016110937 A1 [0003]

Claims

DC-Ladevorrichtung für elektrisch betreibbare Fahrzeuge mit einem Gehäuse (1), mit einem aus dem Gehäuse (1) hinausgeführten, angeschlagenen Ladekabel (14), mit einem an einem freien Ende des Ladekabels (14) vorgesehenen Steckelement (10), wobei das Steckelement (10) wenigstens einen Anschlusskontakt (12) vorsieht und eingerichtet ist zum elektrisch leitenden Verbinden der DC-Ladestation mit einem Fahrzeug, und mit einem an dem Gehäuse (1) vorgesehenen Aufnahmeadapter (30), welcher eingerichtet ist zur Aufnahme des Steckers (10) in einer Ruheposition, in der der Stecker (10) nicht verwendet wird, und mit einer dem Aufnahmeadapter (30) zugeordneten Kühleinrichtung (20) zum Kühlen des in den Aufnahmeadapter (30) eingesetzten Steckers (10) in seiner Ruheposition, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühleinrichtung (20) wenigstens eine Heatpipe (21) umfasst, wobei der Anschlusskontakt (12) des Steckers (10) in der Ruheposition den die Heatpipe (21) umgreift und zumindest bereichsweise kontaktbehaftet an die Heatpipe (21) angelegt ist.
DC-Ladevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühleinrichtung (20) einen Kühlkörper (22) umfasst und dass der Kühlkörper (22) zumindest abschnittsweise und kontaktbehaftet an die Heatpipe (21) angelegt ist.
DC-Ladevorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkörper (22) und eine Leistungselektronik-Baugruppe (3) der DC-Ladevorrichtung räumlich benachbart in dem Gehäuse (1) angeordnet sind und ein gemeinsamer Lüfter (2) vorgesehen ist zum Kühlen der Leistungselektronik-Baugruppe (3) und des Kühlkörpers (22) der Kühleinrichtung (20).
DC-Ladevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass dem Aufnahmeadapter (30) und/oder dem Anschlusskontakt (12) ein Temperatursensor zugeordnet ist zum Erfassen einer Ist-Temperatur des Anschlusskontakts (30) in der Ruheposition des Steckers (10).
DC-Ladevorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Temperatursensor mit einer Steuereinheit der DC-Ladestation zusammenwirkt und die Steuereinheit eingerichtet ist, um unter Berücksichtigung der erfassten Ist-Temperatur eine verbleibende Kühlzeitdauer bis zum Erreichen einer Freigabe-Temperatur zu bestimmen.
DC-Ladevorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Anzeigemittel (4) vorgesehen ist zur Anzeige der verbleibenden Kühlzeitdauer.
DC-Ladevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass dem Aufnahmeadapter (30) eine Verriegelungseinrichtung mit einem verstellbaren Verriegelungselement zugeordnet ist zum wahlweisen Freigeben oder Blockieren des Steckers (10) in der Ruheposition.
DC-Ladevorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit mit einem dem Verriegelungselement der Verriegelungseinrichtung zugeordneten Betätigungselement zusammenwirkt derart, dass eine Blockade des Steckers (10) in der Ruheposition nur dann aufgelöst wird, wenn die sensorisch erfasste Ist-Temperatur des Anschlusskontakts (12) geringer ist als die Freigabe-Temperatur und/oder der Freigabe-Temperatur entspricht.
DC-Ladevorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit mit dem Lüfter (2) zusammenwirkt derart, dass eine Drehzahl und/oder eine Kühlleistung des Lüfters (2) von der Steuereinheit vorgegeben wird.
DC-Ladevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühleinrichtung (20) zwei Heatpipes (21) und einen gemeinsamen Kühlkörper (22) für die zwei Heatpipes (21) vorsieht, wobei die zwei Heatpipes (21) jeweils den stiftförmigen ersten Funktionsabschnitt (21.1) vorsehen und in der Ruheposition in einem berührenden Kontakt zu einem ersten hülsenförmigen Anschlusskontakt (12) und einem zweiten hülsenförmigen Anschlusskontakt (12) des Steckers (10) vorgesehen sind.