Energiesenke

Beschreibung:

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Temperaturüberwachung einer Leistungsübertragungsstrecke von einer Energiequelle zu einer Energiesen ke, insbesondere ein Leistungsbordnetz in einem Fahrzeug, bei dem ein Monitoring der Leistungsübertragungsstrecke zwischen dem Energiespeicher und einem Verbraucher erfolgt.

Technischer Hintergrund Aus dem Stand der Technik sind Temperaturüberwachungen einer Leistungsübertragungsstrecke von einer Energiequelle zu einer Energiesenke bekannt, die sich aber ganz überwiegend nicht für Fahrzeugbordnetze eignen. Ferner besteht ein Bedürfnis danach, die Leistungsübertragungsstrecke flexibel konfigurieren zu können. Wir ein typisches Power-Kabel als Kabel satz dazu verwendet, so muss dessen Konzeption so sein, dass es universell ausgebildet ist, um den unterschiedlichsten Anwendungen und Fahrzeugtypen gerecht zu werden. Aus dem Bereich der Ladesystem mit Steckverbindern bzw. Ladestecker für elektrisch antreibbare Fahrzeuge sind Konzepte bekannt, die zur Verbindung mit einer korrespondierenden und beispielsweise als Ladebuchse ausgebildeten Verbindungsvorrichtung ausgebildet sind. Diesbezüglich wird auf den in der DE 10 2012 105 774 B3 offenbarten Ladestecker verwiesen. In dem Ladestecker sind Leistungskontakte angeordnet, über die elektrische Lade ströme an einen elektrischen Energieempfänger, beispielsweise einem Akkumulator eines Fahrzeuges, übertragbar sind. Der Leistungskontakt ist zur galvanischen Verbindung mit einer elektrischen Energiequelle, beispielsweise eine Ladestation oder im Allgemeinen mit einem elektrischen Versor- gungsnetz ausgebildet. Zu diesem Zweck sind die Leistungskontakte jeweils mit einer Ladeleitung fest verbunden. Aufgrund durch die Leistungskontakte fließender Ladeströme heizen sich die Leistungskontakte unweigerlich aufgrund von ohmschen Stromwärmeverlusten auf. Das Aufheizen der Leistungskontakte ist jedoch auf eine Grenztemperaturerhöhung limitiert. So ist beispielsweise gemäß der Norm IEC 62196-3 die Grenztemperaturerhöhung auf 50K limitiert.

Um ein Überhitzen zu detektieren und zu vermeiden, ist es aus dem Stand der Technik bekannt, die Steckverbinder mit Temperatursensoren zu verse- hen. Diese überwachen die Temperatur des Steckverbinders. Sobald die Temperatur einen definierten Grenzwert überschreitet, wird mittels einer Überwachungselektronik durch Ausgabe eines Steuersignals oder mehrerer Steuersignale der Ladevorgang unterbrochen oder der Ladestrom reduziert. So beschreibt die DE 10 2009 034 886 A1 eine Steckvorrichtung für ein Ladekabel zur Verbindung eines Elektrofahrzeuges mit einer Ladestation. Dabei umfasst die Steckvorrichtung ein Gehäuse und dem Gehäuse zugeordnete elektrische Kontakte zum Anschluss an eine Anschlusseinrichtung in der Ladestation oder in dem Elektrofahrzeug. Zudem ist in dem Gehäuse ein als Thermistor ausgebildetes Temperaturerfassungsmittel vorgesehen, wobei über das Temperaturerfassungsmittel die Temperatur im Gehäuse auswertbar ist.

Verschiedenartige Verfahren zur Bestimmung von Temperaturänderungen in Stromzuleitungen sind ebenfalls bekannt, beispielsweise aus der US 2006/0289463 A1 .

Bei der bekannten Bestimmung von Temperaturänderungen in Stromzuleitungen ist nachteilig, dass Änderungen der Temperatur mit Hilfe von Senso- ren gemessen werden, die an einem ganz bestimmten Ort der Stromzuleitung lokalisiert sind und nur an diesem speziellen Ort die Änderungen der Temperatur erfassen. Wird beispielsweise ein Elektrofahrzeug am öffentlichen Stromnetz über den Hausanschluss geladen, kommt es innerhalb der Stromzuleitungen über einen längeren Zeitraum zu hohen Ladeströmen. Da keine homogene Infrastruktur des privaten Stromnetzes existiert, und Stromzuleitungen sich beispielsweise durch Kabeldurchmesser, Art der Verlegung, Absicherung der Leitungen unterscheiden, kann es bei hohen Strömen in den Stromzuleitungen lokal zu starker Hitzeentwicklung kommen, und es entstehen Brand- und Verletzungsgefahren. Außerdem sind Stromzuleitun- gen des öffentlichen Stromnetzes häufig innerhalb von Hauswänden verlegt und somit für Messungen durch Sensoren nicht zugänglich. Somit können Temperaturänderungen mittels Sensoren nicht an allen Punkten der Stromzuleitung erfasst werden. Das gleiche Problem tritt bei den fahrzeuginternen Bordnetzen und Leis tungsverbindungen auf. Es besteht demnach ein Bedarf danach eine in der Temperatur überwachbare Leitungsverbindung zu schaffen, die die Grundfunktion der Leistungsübertragung aufweist, sich jedoch auch sensorisch aussatten lässt und eine Überwachung über die gesamte Leitungsstrecke ermöglicht. Derzeit gibt es im Stand der Technik keine befriedigende und kostengünstige sowie universell einsetzbare Lösung hierzu.

Es ist deshalb Aufgabe der vorliegenden Erfindung, vorbesagte Nachteile zu überwinden und eine möglichst universell anwendbare Lösung für eine Leis- tungsverbindung, insbesondere für HV- und Batterieleitungen sowie Bordnetzleitungen in einem Fahrzeug bereit zu stellen.

Diese Aufgaben werden durch die Merkmalskombination gemäß Patentanspruch 1 gelöst.

Erfindungsgemäß wird hierzu eine Vorrichtung bzw. Einrichtung zur Tempe- raturüberwachung einer Leistungsübertragungsstrecke von einer Energiequelle zu einer Energiesenke, umfassend eine elektrische Leitung vorgesehen, die sich von einem Leitungsanfang zur einem Leitungsende erstreckt, wobei parallel zum Verlauf der elektrischen Leitung eine Sensorstrecke vorgesehen ist, und zwischen der Leitung und der Sensorstrecke eine thermi- sehe Kopplung vorgesehen ist, so dass eine lokale Temperaturänderung an der Leitung eine Temperaturänderung an der Sensorstrecke bewirkt.

Mit Vorteil ist die Sensorstrecke als röhrenförmiger Kanal in oder entlang der elektrischen Leitung ausgebildet, besonders vorteilhaft ist der Kanal im Inne- ren ausgebildet und erstreckt sich über die gesamte Leitungslänge.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Sensorstrecke eine Sensorleitung aufweist. So kann auch ein Sensorkontakt bereit gestellt werden, der z. B. bei einer 2-adrigen Leitung mit einer Kontaktüberwachung Anwendung findet.

Besonders vorteilhaft ist eine Lösung, bei der die Sensorstrecke als faserop tische Einrichtung, als faseroptische Leitung oder mit faseroptischen Elemen ten ausgebildet ist. So kann man den sogenannte Raman-Effekt nutzen. Das Licht in der Glasfaser streut an mikroskopisch kleinen Dichteschwankungen, die kleiner als die Wellenlänge sind. In der Rückstreuung findet man neben dem elastischen Streuanteil (Rayleigh-Streuung) auf der gleichen Wellenlänge wie das eingestrahlte Licht auch zusätzliche Komponenten auf anderen Wellenlängen, die mit der Molekülschwingung und somit mit der lokalen Temperatur gekoppelt sind (Raman-Streuung). Der besondere erfin- derische Gedanke liegt dabei in der Bereitstellung eines vorkonfektionieren Einrichtung, die mit einem entsprechenden Kanal zur Aufnahme der faseroptischen Mittel ausgebildet ist, um den zuvor genannten Effekt zur Temperaturüberwachung nutzen zu können. Derzeit sind keine Kabelsätze am Markt verfügbar, bei denen ein Kabelkonfektionär auf eine entsprechende Leitung zurückgreifen kann.

In einer somit besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist daher vorgesehen, dass in dem Sensorkanal eine faseroptische Leitung angeordnet ist oder der Kanal mit faseroptischen Elementen ausgebildet ist.

Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft dabei das Verfahren zur Herstellung einer solchen Leitung. Im Herstellungsverfahren wird dabei in einem Schritt ein Kanal an oder in der Leitung ausgebildet. In einem späteren Schritt wird in den Kanal wahlweise eine Sensorleitung oder eine faseroptische Einheit oder faseroptisches Kabel eingezogen oder eingeschossen. Alternativ kann die Sensorleitung und/oder die faseroptische Einrichtung auch im Herstellungsverfahren mit der Leitung in den Leitungsmantel extrudiert werden.

Auf diese Weise lässt sich Meterware oder Rollenware in gewünschter Länge als Halbfabrikat hersteilen, so dass für einen Kabel-Konfektionär eine neuar tige Leitung zur Leistungsübertragung mit integrierter Temperaturüberwachungseinrichtung verfügbar ist.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Leitung Mittel zur Leistungsübertragung hoher Energiedichten aufweist, vorzugsweise zur Leistungsübertragung von elektrischen Leistungen oberhalb von 1 KW, weiter vorzugsweise ober halb von 5 kW ausgebildet ist.

Eine ebenfalls bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Leitung zur elektrischen Verbindung ferner endseitig jeweils mit Kontaktelementen ausgestattet ist und zwischen den Kontraktelementen und der Sen- sorstrecke eine thermische Kopplung zur Erfassung von Temperaturänderungen an den Kontakten hergestellt ist.

Weiter vorteilhaft ist es, wenn die Leitung zumindest einen elektrisch isolierenden Leitungsmantel umgibt und sich der röhrenförmiger Kanal innerhalb des Leitungsmantels befindet bzw. beim Hersteliungsprozess dort einge- bracht wird.

Eine weitere ebenfalls bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Leitung eine geschirmte Leitung ist, bei dem die Mittel zur Leistungsübertragung von einem Schirm umgeben sind.

Eine bevorzugte Konzeption sieht vor, dass sich der röhrenförmiger Kanal im Inneren der Leitung befindet und mehrseitig oder allseitig von Mittel zur Leis tungsübertragung umgeben ist, wobei die Mittel zur Leistungsübertragung Einzelleitungen, Litzenleitungen oder Leitungsbündel darstellen. Auf diese Weise können die umgebenden Leitungsteile mit etwa gleicher Sensivität überwacht werden.

Aufgrund des erfindungsgemäßen Verfahrens, lassen sich auch Flachleitungen oder Flachkabel gemäß dem erfindungsgemäßen Konzepts realisieren. Weiter bevorzugt ist eine Realisierung mit Mittel zur Temperaturerfassung, die zumindest teilweise eine faseroptische Temperaturmessung bereitstellen.

So kann neben dem Halbzeug auch eine fertig konfektioniertes System, gebildet aus dem Halbzeug und der Sensorik und Überwachungseinrichtung vorgesehen werden. In einer entsprechend bevorzugten Lösung ist vorgesehen, dass eine Tem peraturüberwachungseinrichtung vorgesehen ist, welche ausgebildet ist, eine Temperaturänderung, insbesondere Temperaturerhöhung lokal an einer Position der Leistungsübertragungsstrecke zwischen dem Leitungsanfang und dem Leitungsende als Reaktion auf eine Änderung faseroptischer Eigen- schäften oder Beeinflussung von Übertragungseigenschaften eines faserop tischen Materials aufgrund der thermischen Kopplung zu ermitteln.

Andere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet bzw. werden nachstehend zusammen mit der Beschreibung der bevorzugten Ausführung der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt.

Es zeigen

Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung;

Fig. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung;

Fig. 3 ein drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung; Fig. 4 ein viertes Ausführungsbeispiel der Erfindung;

Fig. 5 drei alternative Lösungskonzepte bei einer Flachleitung und

Fig. 6 ein System aufweisend eine Einrichtung zur Temperaturüberwachung. Im Folgenden wird die Erfindung mit Bezug auf die Figuren 1 bis 6 näher erläutert, wobei gleiche Bezugszeichen in den Figuren auf gleiche strukturelle und/oder funktionale Merkmale hinweisen.

In den Figuren 1 bis 5 werden unterschiedliche Ausführungsbeispiele ge zeigt, die mögliche Lösungen bei der Realisierung der vorliegenden Erfin- düng schematisch zeigen.

Gezeigt ist in der Figur 6 schematisch ein System mit einer Einrichtung 1 zur Temperaturüberwachung einer Leistungsübertragungsstrecke von einer Energiequelle Q zu einer Energiesenke S, umfassend eine elektrische Leitung 10, die sich von einem Leitungsanfang 11 zur einem Leitungsende 12 erstreckt, wobei parallel zum Verlauf der elektrischen Leitung 10 eine Sen sorstrecke 20 vorgesehen ist, und zwischen der Leitung 10 und der Sensorstrecke 20 eine thermische Kopplung vorgesehen ist, wobei die Leitung 10 bzw. die Einrichtung 1 eine Ausgestaltung, wie in den Beispielen der Figur 1 bis 5 haben kann. Die Leitung 10 weist jeweils eine Sensorstrecke 20 auf, die als röhrenförmiger Kanal 21 in oder entlang der elektrischen Leitung 10 ausgebildet ist. In der Figur 1 ist der Kanal 21 im Zentrum der Leitung 10 angeordnet.

Eine alternative Lösung sieht Figur 2 vor, bei der der Kanal an der Leitungsmanteloberfläche der Leitung 10 entlang verläuft. Die thermische Kopplung erfolgt hier über die Anlagefläche oder eine materialschlüssige Verbindung der Kanalwand und dem Mantel der Leitung 10. Die Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführung nicht auf die vorstehend angegebenen bevorzugten Ausführungsbeispiele. Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, welche von der dargestellten Lösung auch bei grundsätzlich anders gearteten Ausführungen Gebrauch macht.