Vorrichtung zum Kühlen einer elektrischen Steckverbindung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Kühlen

Steckverbindung.

Stand der Technik

Elektrofahrzeuge verfügen üblicherweise über einen elektrischen Energiespeicher, beispielsweise eine Traktionsbatterie, die die elektrische Energie für den Antrieb bereitstellt. Die Traktionsbatterie wird üblicherweise extern aufgeladen, wobei wahlweise kabelgebundene oder induktive Ladeverfahren zum Einsatz kommen. Bei kabelgebundenen Ladeverfahren kommen elektrische Verbindungen, beispielsweise Steckverbindungen, zum Einsatz, die während des Ladens (bei Bestromung) teilweise stark erwärmt werden. Bei einer hohen Bestromung, d.h. bei einer hohen angelegten Spannung bzw. einem hohen Stromfluss kann es zu einer Überhitzung der Steckverbindung bzw. des Ladekabels kommen. Weiterhin kann es dadurch bedingt zu einer Fehlfunktion bzw. zu einem Ausfall der elektrischen Steckverbindung kommen.

Elektrische Verbindungen mit Kühlung zur Wärmeableitung sind aus dem Stand der Technik bekannt. Beispielsweise zeigt die DE 102012216694 AI einen

Kontaktstecker sowie eine Kontaktbuchse, die über eine elektrisch leitfähige Aufnahme, eine elektrische Hauptleitung und ein elektrisch isolierendes erstes Wärmeleitelement verfügt. Dabei ist das erste Wärmeleitelement dergestalt ausgeführt, dass Wärme aus der Kontaktbuchse abgeführt werden kann.

Nachteilig an diesem Stand der Technik ist, dass die Art der Kühlung nicht ausreichend effizient erfolgt, da die Wärmeabfuhr lediglich in den Außenbereich des Steckers bzw. der Ladebuchse erfolgt und nicht weiter abtransportiert wird. Aufgabe der Erfindung ist demnach, eine Vorrichtung zum Kühlen einer

Steckverbindung zu gewährleisten, mit der Wärme effizient abgeführt werden kann.

Offenbarung der Erfindung

Das erfindungsgemäße Verfahren mit dem Kennzeichen des Anspruchs 1 hat die Vorteile, dass Gefahren bzw. Ausfälle durch hohe Temperaturen am Ladestecker und/oder Ladebuchse verhindert werden können.

Erfindungsgemäß ist dazu vorgesehen, dass die Vorrichtung zum Kühlen einer elektrischen Steckverbindung aus einem Ladestecker und einer Kontaktbuchse besteht, wobei die Kontaktbuchse zur Aufnahme des Ladesteckers geeignet ist. Weiterhin weist die Vorrichtung eine erste elektrische Leitung, die mit der

Kontaktbuchse verbunden ist und eine zweite elektrische Leitung auf, die mit dem Ladestecker verbunden ist.

Die erste elektrische Leitung weist einen ersten Hohlraum und / oder die zweite elektrische Leitung weist einen zweiten Hohlraum entlang der elektrischen Leitung auf, wobei über die Hohlräume ein Kühlmittel geleitet wird. Vorteil an dieser Vorrichtung ist, dass die Verlustleistung gesenkt werden kann und somit der Wirkungsgrad des Ladevorgangs erhöht wird. Weiterhin kann durch die Kühlung mehr Energie übertragen werden, wodurch der Ladevorgang schneller

abgeschlossen ist. Zusätzlich kann ein für den Ladevorgang vorgesehener Ladestecker somit kleiner ausgeführt werden bzw. agiler (große, schwere Stecker sind generell unhandlich für einen praktischen Umgang) für die Ladeanwendung gebaut werden. Weniger Ausfälle, ein besserer Wirkungsgrad und die Vermeidung von Gefahren für Mensch und Lebewesen sind somit Vorteile dieser Erfindung. Ebenfalls kann durch die Kühlung der Steckverbindung eine höhere Leistung übertragen werden. Ein effektiverer Ladevorgang wird möglich. Durch die in den abhängigen Ansprüchen genannten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen der in dem unabhängigen Anspruch angegebenen Vorrichtung möglich. Vorteilhaft sind der erste Hohlraum und/oder der zweite Hohlraum als Schlauch ausgeführt. Da diese den ersten Hohlraum und/oder zweiten Hohlraum führenden Schläuche entlang der elektrischen Leitung (Kabel) geführt werden und vorteilhaft mit dieser verbunden sind, kann sowohl die Zufuhr von Strom als auch die Zufuhr von Kühlmittel mittels einer Steckverbindung gewährleistet werden.

Dementsprechend kann das Kühlmittel entlang des Schlauches Richtung

Steckverbindung gepumpt werden, dort die im Stecker vorhandene Wärme aufnehmen und anschließend wieder abgeführt werden.

Weiterhin ist vorteilhaft, dass der erste Hohlraum die erste elektrische Leitung und/oder der zweite Hohlraum die zweite elektrische Leitung umgibt. Dadurch dass die Hohlräume die elektrische Leitung umgeben, wird vorteilhaft eine gleichmäßige Wärmeabfuhr des gesamten Ladekabels gewährleistet.

Als Kühlmittel kommt vorteilhaft Luft zum Einsatz. Beispielsweise kann über die vorhandene Umgebungsluft gekühlt werden, wodurch die Notwendigkeit, eine Kühlflüssigkeit einzusetzen, wegfällt.

Weiterhin ist vorteilhaft, dass der erste Hohlraum ein erstes Volumen aufweist und/oder der zweite Hohlraum ein zweites Volumen aufweist, wobei sich das erste Volumen und/oder das zweite Volumen ohne Durchleitung von Kühlmittel verringert. Mit anderen Worten ist der Hohlraum, der als Schlauch das Ladekabel umgibt, so gestaltet, dass er sich beim Durchleiten von Kühlmittel flexibel bzw. elastisch ausdehnt und in Abwesenheit von Kühlmittel verringert. Dies hat den Vorteil, dass das Kabel beim Laden durch das durchfließende Kühlmittel mechanisch stabiler wird, was zum Beispiel durch erhöhten Kühlmitteldruck verstärkt werden kann.

Im Falle von Luft als Kühlmittel, wird das Ladekabel mittels des das Ladekabel umgebenden Hohlraums quasi„aufgeblasen". Dies hat weiterhin den Vorteil, dass das Ladekabel im Ruhezustand (also im Zustand in dem nicht geladen wird) dünn und flexibel ist und sich somit besser zusammenlegen lässt (z.B. flach

zusammenlegen). Weiterhin hat ein Luftmantel, für den Fall dass Luft als

Kühlmittel zum Einsatz kommt, den Vorteil, dass dieser für Sicherheit durch zusätzliche Isolation bei hohen Spannungen sorgt.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung, kommt als

Kühlmittel eine Flüssigkeit zum Einsatz. Vorteilhaft wird als Flüssigkeit Öl bzw. Wasser eingesetzt, da diese eine höhere Wärmeleitfähigkeit als Luft aufweisen. Somit kann mit einer Flüssigkeit besser und effizienter die Wärme aus der gesamten Steckverbindung bestehend aus Ladekabel und Kontaktbuchse abgeführt werden.

Weiterhin ist vorteilhaft, dass der Ladestecker und/oder die Kontaktbuchse mindestens eine Metallschiene aufweisen, die wärmeleitfähig mit dem Kühlmittel in Verbindung steht. Durch diese thermische Verbindung kann die am Ladestecker bzw. der Kontaktbuchse entstehende Wärme vorteilhaft über die Metallschiene an das Kühlmittel weitergegeben werden. Aufgrund der exzellenten Leitfähigkeit dieses Metalls, besteht diese Metallschiene vorteilhaft aus Kupfer.

Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden dem

Fachmann aus der nachfolgenden Beschreibung beispielhafter

Ausführungsformen, die jedoch nicht als die Erfindung beschränkend auszulegen sind, unter Bezugnahme auf die beigelegten Zeichnungen ersichtlich.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen Es zeigen: Fig. 1: eine schematische Darstellung eines Querschnittes einer

erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Kühlen einer Steckverbindung; Fig. 2: eine weitere schematische Darstellung eines Querschnittes einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Kühlen einer Steckverbindung;

Fig. 3: eine dritte schematische Darstellung eines Querschnittes einer

erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Kühlen einer Steckverbindung;

Alle Figuren sind lediglich schematische Darstellungen erfindungsgemäßer Vorrichtungen bzw. ihrer Bestandteile gemäß Ausführungsbeispielen der

Erfindung. Insbesondere Abstände und Größenrelationen sind in den Figuren nicht maßstabsgetreu wiedergegeben. In den verschiedenen Figuren sind sich entsprechende Elemente mit den gleichen Referenznummern versehen.

Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Querschnitts einer

erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Kühlen einer Steckverbindung 10, wie sie beispielsweise zum Aufladen einer Traktionsbatterie in einem Elektrofahrzeug eingesetzt werden kann. Die Steckverbindung 10 umfasst einen Ladestecker 11, eine Kontaktbuchse 12, die zur Aufnahme des Ladesteckers 11 geeignet ist.

Weiterhin weist sie eine erste elektrische Leitung 13 auf, die mit der

Kontaktbuchse 12 verbunden ist und eine zweite elektrische Leitung 14, die mit dem Ladestecker 11 verbunden ist.

Die Kontaktbuchse 12 befindet sich beispielsweise in einem Kraftfahrzeug, vorzugsweise einem Hybrid-/Elektrofahrzeug (hier nicht dargestellt). Der

Ladestecker 11 verbindet die Kontaktbuchse 12 mithilfe der zweiten elektrischen Leitung 14 mit einer Ladevorrichtung (hier nicht dargestellt), über die die

Traktionsbatterie im Fahrzeug konduktiv geladen wird.

Die erste elektrische Leitung 13, die mit der Kontaktbuchse 12 verbunden ist, ist im Fahrzeug angeordnet und verbindet die Kontaktbuchse 12 beispielsweise mit der Traktionsbatterie bzw. dem Batteriemanagementsystem, dass das Laden der Traktionsbatterie überwacht.

Die erste elektrische Leitung 13 weist einen Hohlraum 15 auf und/oder die zweite elektrische Leitung 14 weist einen zweiten Hohlraum 17 auf, der entlang der elektrischen Leitung verläuft. Beispielsweise sind diese Hohlräume 15 und 17 als Schlauch ausgeführt. Durch diese Hohlräume wird ein Kühlmittel 16 geleitet. Bei diesem Kühlmittel kann es sich um Luft, Öl, Wasser oder ein anderes zur

Wärmeableitung geeignetes Fluid handeln.

Im ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung befinden sich die Hohlräume 15, 17 auf der Außenseite der ersten und zweiten elektrischen Leitung 13 und 14 und verlaufen parallel zu diesen.

Während des Ladevorgangs, bei dem die Batterie (Traktionsbatterie)

schnellstmöglich zu laden ist, muss eine hohe Ladeleistung übertragen werden. Durch die höheren Übergangswiderstände direkt am Stecker

/Ladestecker 11 wirken sich Temperaturerhöhungen zuerst am Ladestecker 11 aus. Indem durch die Hohlräume 15 und/oder 17 ein Kühlmittel 16 geleitet wird, kann die Wärme aus dem Ladestecker 11 und der mit dem Ladestecker 11 in thermischem Kontakt stehenden Kontaktbuchse 12 abgeführt werden.

Der erste Hohlraum 15 weist ein erstes Volumen 18 auf und/oder der zweite Hohlraum 17 weist ein zweites Volumen 19 auf. Diese Volumina, 18 und 19, sind so beschaffen, dass sie sich ohne Durchleitung von Kühlmittel verringern. Mit anderen Worten befindet sich im ersten Ausführungsbeispiel ein elastischer Schlauch entlang der ersten und/oder zweiten elektrischen Leitung 13 und 14, über den das Kühlmittel 16 geleitet wird.

Wird kein Kühlmittel 16 durch die Hohlräume 15 und/oder 17 geleitet, lässt sich beispielsweise die zweite elektrische Leitung 14 flach zusammenlegen, da diese ohne Kühlmitteldurchfluss, also ohne den Druck des Kühlmittels, flexibel wird, wohingegen bei Kühlmitteldurchfluss eine höhere mechanische Stabilität erreicht wird. Figur 2 zeigt eine schematische Darstellung eines Querschnitts durch die

Vorrichtung zum Kühlen einer Steckverbindung 10. Gleiche Elemente in Bezug auf Figur 1 sind mit gleichen Bezugszeichen versehen und werden nicht näher erläutert. In diesem Ausführungsbeispiel sind der erste Hohlraum 15 und/oder der zweite Hohlraum 17 als Schlauch ausgeführt. Dabei umgibt der erste Hohlraum 15 die erste elektrische Leitung 13 und/oder der zweite Hohlraum 17 umgibt die zweite elektrische Leitung 14. Vorzugsweise sind der erste Hohlraum 15 und/oder der zweite Hohlraum 17 in einzelne Kammern unterteilt, sodass das Kühlmittel zur Steckverbindung 10 gelangen kann, dort den Wärmeabtransport gewährleisten und von der Steckverbindung 10 abtransportiert werden kann. Beide Hohlräume 15 und 17 verfügen über elastische Wände die bei vorhandenem Kühlmittel 16 den elektrischen Leitungen 13 und 14 mehr Stabilität geben. In Abwesenheit von Kühlmittel 16 fallen die Hohlräume 15 und 17 weitestgehend zusammen, sodass die elektrischen Leitungen 13 und/oder 14 einfacher zusammengelegt werden können. Eine weitere Variante der flüssigen Kühlung besteht darin, dass im Ladezustand der Ladestecker 11 in der Kontaktbuchse 12 des Fahrzeuges arretiert ist und eine Kühlung der Kontaktbuchse 12 und des Ladestecker 11 durch eine Kühlmittelvorrichtung des Fahrzeuges erfolgt (hier nicht dargestellt). Dadurch dass der elektrische Übergangswiderstand an der Steckverbindung am höchsten ist, wird eine Kühlung an diesem Ort die höchste Wirkung zeigen. Der gesteckte Ladestecker 11 in der Kontaktbuchse 12 wird von einem Kühlgürtel 21 (hier nicht dargestellt) ummantelt, der beide Elemente vorteilhaft abkühlt. Eine Überwachung der Dichtheit des Kühlgürtels mit Luft- oder Flüssigkeit wird dauerhaft

durchgeführt. Beispielsweise kann beim Anliegen der metallischen Innenseite des Schlauches an den Leiter eine Abschaltung erfolgen.

Die Innenseite des Kühlmittelschlauches bzw. Hohlräume 15 und 17 sind leitfähig. Eine Überwachungsspannung über den Kühlmittelschlauch (15, 17) bricht zusammen, sobald die leitfähige Innenseite des Kühlmittelschlauches den ebenfalls leitfähig ummantelten Leiter (elektrische Leitung 13, 14) berührt.

Zwischen Leiterummantelung und Ladekabel besteht eine ausreichende

Isolierung.

Figur 3 zeigt als drittes Ausführungsbeispiel eine weitere schematische

Darstellung eines Querschnitts durch die Vorrichtung zum Kühlen einer

Steckverbindung 10. Gleiche Elemente in Bezug auf Figur 1 und 2 sind mit gleichen Bezugszeichen versehen und werden nicht näher erläutert. In diesem Ausführungsbeispiel weist der Ladestecker 11 und/oder die Kontaktbuchse 12 mindestens eine Metallschiene 20 auf, die wärmeleitfähig mit dem Kühlmittel 16 in Verbindung steht. Die Metallschiene 20 besteht vorteilhaft aus einem Metall mit hoher Wärmeleitfähigkeit, vorzugsweise Kupfer. Sie ermöglicht die effizientere Wärmeableitung aus dem Ladestecker 11 und/oder der Kontaktbuchse 12.