Titel

Wandladestation für Elektrofahrzeuge

Technisches Gebiet

Die Erfindung betrifft eine Wandladestation für Elektrofahrzeuge, die sich durch eine besonders effektive Kühlung von im Innenraum des Gehäuses der Ladestation angeordneten wärmeerzeugenden bzw. wärmeabgebenden Bauteilen auszeichnet.

Stand der Technik

Wandladestationen für Elektrofahrzeuge, sogenannte Wallboxen, zum Laden von Antriebsbatterien von Elektrofahrzeugen aus dem Stromnetz sind aus dem Stand der Technik bekannt. Derartige Wandladestationen zeichnen sich durch ein beispielsweise an einer Gebäudewand befestigbares (Außen-) Gehäuse aus, das die benötigten Bauteile der Wandladestation umgibt, wobei das Gehäuse die Bauteile insbesondere gegenüber Witterungseinflüssen schützt. Beim Betrieb einer derartigen Wandladestation entsteht Verlustwärme, die aus dem Gehäuse abgeführt werden muss, um die thermische Belastung der Bauteile möglichst gering zu halten. Hierzu ist es bekannt, in dem Gehäuse der Wandladestation wenigstens eine Lüftereinrichtung vorzusehen, die durch die Bauteile erzeugte erwärmte Luft aus dem Innenraum des Gehäuses ausleitet, indem Umgebungsluft über einen Einlassbereich am Gehäuse angesaugt und über einen Auslassbereich an die Umgebung abgeben wird.

Offenbarung der Erfindung

Die erfindungsgemäße Wandladestation für Elektrofahrzeuge mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass sie eine besonders effektive Kühlung des Innenraums des Gehäuses ermöglicht. Der Erfindung liegt die Idee zu Grunde, einerseits den unmittelbaren Teilbereich, in dem die wärmeabgebenden Bauteile angeordnet sind, zu kühlen, und andererseits auch Teilbereiche des Innenraums gezielt zu kühlen, die beispielsweise durch Sonneneinstrahlung (indirekt) aufgeheizt werden oder solche Teilbereiche, in denen Bauteile angeordnet sind, die ebenfalls Wärme erzeugen, jedoch nicht wärmeleitend mit dem Teilbereich verbunden sind, der durch die wenigstens eine Lüftereinrichtung abgekühlt wird.

Vor dem Hintergrund der obigen Erläuterungen ist es daher bei einer erfindungsgemäßen Wandladestation für Elektrofahrzeuge vorgesehen, dass diese ein Gehäuse aufweist, das einen Innenraum begrenzt, wobei in einem vorzugsweise kanalförmigen Teilbereich des Innenraums wärmeabgebende Bauteile, insbesondere in Form von Kühlrippen, angeordnet sind, wobei weiterhin wenigstens eine Lüftereinrichtung vorgesehen ist, die dazu ausgebildet ist, über einen Einlassbereich des Gehäuses angesaugte Umgebungsluft zur Kühlung der wärmeabgebenden Bauteile entlang des Teilbereichs zu führen und anschließend über einen Auslassbereich aus dem Gehäuse auszuleiten, wobei zusätzlich wenigstens ein von dem Teilbereich durch Wände o.ä. Elemente zumindest im Wesentlichen abgetrennter zusätzlicher Teilbereich im Innenraum des Gehäuses ausgebildet ist, der vorzugsweise unmittelbar an den Teilbereich angrenzt, wobei mittels der wenigstens einen Lüftereinrichtung der wenigstens eine zusätzliche Teilbereich kühlbar ist, und wobei der wenigstens eine zusätzliche Teilbereich zur Förderung von Umgebungsluft vorzugsweise mit dem Einlassbereich und dem Auslassbereich verbunden ist.

Vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Wandladestation für Elektrofahrzeuge sind in den Unteransprüchen aufgeführt.

Zur Optimierung der Länge bzw. des Bauraums des vorzugsweise kanalförmigen Teilbereichs im Innenraum zur Anordnung der wärmeabgebenden Bauteile ist es vorgesehen, dass der Einlassbereich und der Auslassbereich an gegenüberliegenden Seitenwänden des Gehäuses angeordnet sind. Eine derartige Anordnung hat darüber hinaus den Vorteil, dass die (Luft-) Strömung typischerweise nicht stark umgelenkt werden muss, sondern unmittelbar vom Einlassbereich in Richtung des Auslassbereichs strömen kann, womit Strömungsverluste minimiert werden. In bevorzugter konstruktiver Weiterbildung des zuletzt gemachten Vorschlags ist es vorgesehen, dass der Einlassbereich und der Auslassbereich gegenüber dem Teilbereich in Richtung zu einer ersten Gehäuseaußenwand zur Befestigung des Gehäuses an einer Trägerstruktur, insbesondere einer Gebäudewand, versetzt angeordnet sind, und dass der Teilbereich über einen schräg angeordneten Zuströmkanal mit dem Einlassbereich und einen schräg angeordneten Abströmkanal mit dem Auslassbereich verbunden ist. Dies ermöglicht eine Maximierung des zur Anordnung von wärmeerzeugenden Bauteilen vorgesehenen Bauraums auf der Befestigungsseite des Gehäuses zugewandten Seite, die typischerweise eine von Sonneneinstrahlung eher geschützte Seite darstellt.

Darüber hinaus ist es bei der letztgenannten Ausgestaltung besonders bevorzugt vorgesehen, dass der wenigstens eine zusätzliche Teilbereich auf der der ersten Gehäuseaußenwand zugewandten Seite angeordnet ist und insbesondere der Anordnung von wärmeerzeugenden Bauteilen dient, die mit den wärmeabgebenden Bauteilen im Teilbereich wärmeleitend verbunden sind, wobei der wenigstens eine zusätzliche Teilbereich von dem Abströmkanal begrenzt ist, und wobei der Abströmkanal wenigstens eine Durchlassöffnung für Luft aufweist, die den wenigstens einen zusätzlichen Teilbereich mit dem Abströmkanal verbindet. Der Abströmkanal dient somit nicht nur der Absaugung bzw.

Ausleitung von im Teilbereich erwärmter Luft, sondern es wird über ihn auch gleichzeitig (erwärmte) Luft aus dem zusätzlichen Teilbereich des Gehäuses an die Umgebung abgeführt.

Ganz besonders bevorzugt ist es darüber hinaus, wenn es sich der Querschnitt des Abströmkanals in Richtung des Austrittsbereichs des Gehäuses verringert. Eine derartige konstruktive Ausgestaltung des Abströmkanals mit einem sich verengenden Querschnitts hat den Vorteil, dass dadurch unter Nutzung des Bernoulli-Effekts erwärmte Luft aus dem zusätzlichen Teilbereich abgesaugt wird.

Auch hinsichtlich der Anordnung der wenigstens einen Lüftereinrichtung gibt es mehrere konstruktive Möglichkeiten. Bevorzugt ist eine Anordnung, bei der die wenigstens eine Lüftereinrichtung auf der dem Auslassbereich abgewandten Seite des Abströmkanals angeordnet ist.

Alternativ kann es auch vorgesehen sein, dass die wenigstens eine Lüftereinrichtung an der Innenseite des Gehäuses im Bereich des Auslassbereichs angeordnet ist. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn die wenigstens eine Lüftereinrichtung gleichzeitig unmittelbar mit unterschiedlichen Teilbereichen des Gehäuses Zusammenwirken soll.

Auch kann es vorteilhaft hinsichtlich einer möglichst effektiven Kühlung des Innenraums sein, wenn wenigstens zwei Lüftereinrichtungen vorgesehen sind, die in Wirkverbindung mit unterschiedlichen Teilbereichen angeordnet sind.

Eine Steigerung der Kühlleistung bei vorgegebenem Bauraum für die Lüftereinrichtung kann dadurch erfolgen, dass wenigstens zwei Lüftereinrichtungen vorgesehen sind, die in Wirkverbindung mit den gleichen Teilbereichen angeordnet sind. In diesem Fall können die wenigstens zwei Lüftereinrichtungen beispielsweise in Strömungsrichtung gesehen nebeneinander oder hintereinander angeordnet sein.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung sowie anhand der Zeichnungen.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 zeigt in einem vereinfachten Längsschnitt eine Wandladestation für Elektrofahrzeuge,

Fig. 2 einen Querschnitt durch die Wandladestation in der Ebene ll-ll der Fig. 1 ,

Fig. 3 einen Teilbereich einer gegenüber der Fig. 1 abgewandelten Wandladestation in einem Längsschnitt und Fig. 4 einen Teilbereich einer weiteren abgewandelten Wandladestation unter Verwendung zweier Lüftereinrichtungen zur Kühlung unterschiedlicher Teilbereiche der Wandladestation, ebenfalls im Längsschnitt.

Ausführungsformen der Erfindung

Gleiche Elemente bzw. Elemente mit gleicher Funktion sind in den Figuren mit den gleichen Bezugsziffern versehen.

In der Fig. 1 ist stark vereinfacht eine Wandladestation 10 für Elektrofahrzeuge dargestellt. Die Wandladestation 10 dient dem Aufladen von dem Fährbetrieb dienenden Antriebsbatterien des Elektrofahrzeugs, wozu die Wandladestation 10 nicht dargestellte Stecker bzw. Stromkabel aufweist, um die Wandladestation 10 mit dem Elektrofahrzeug bzw. mit den Antriebsbatterien zu verbinden. Weiterhin ist die Wandladestation 10 zum Laden der als Gleichstromquelle ausgebildeten Antriebsbatterien des Elektrofahrzeugs vorgesehen, und wandelt hierzu Drehstrom (Stromversorgung aus dem Stromnetz) in Gleichstrom um. Die dabei verwendeten Bauteile bzw. Komponenten der Wandladestation 10 erzeugen dadurch beim Betrieb Verlustwärme, wozu die Wandladestation 10 bzw. deren Bauteile gekühlt werden muss.

Die Wandladestation 10 weist ein im Wesentlichen kubisch ausgebildetes Gehäuse 12, beispielhaft bestehend aus einem wannenförmigen Grundkörper 14 und einem den Grundkörper 14 verschließenden Gehäusedeckel 16 auf. Typischerweise ist der Gehäusedeckel 16 mit dem Grundkörper 14 mittels Schraubverbindungen, Rastverbindungen oder Ähnlichem abgedichtet verbunden. Der Grundkörper 14 weist darüber hinaus eine erste Gehäuseaußenwand 18 auf, die dazu ausgebildet ist, das Gehäuse 12 an einer Wand, beispielsweise an einer Garagenwand, zu befestigen. Die der ersten Gehäuseaußenwand 18 gegenüberliegende zweite Gehäuseaußenwand 20 am Gehäusedeckel 16 ist demgegenüber typischerweise frei zugänglich angeordnet. Weiterhin weist das Gehäuse 12 im Bereich seines Grundkörpers 14 eine erste Gehäuseseitenwand 22 und gegenüberliegend eine zweite Gehäuseseitenwand 24 auf. Im Bereich der ersten Gehäuseseitenwand 22 sind Durchbrüche, Schlitze 26 oder Ähnliches ausgebildet, die einen Einlassbereich 28 an der ersten Gehäuseseitenwand 22 begrenzen. An der zweiten Gehäuseaußenwand 24 sind ebenfalls Durchbrüche, Schlitze 30 oder Ähnliches ausgebildet, die einen Auslassbereich 32 begrenzen. Zumindest der Einlassbereich 28 ist von einem Filterelement 34 überdeckt, um zu verhindern, dass Schmutz, Fremdkörper oder Ähnliches in den Innenraum 36 des Gehäuses 12 gelangen.

Der Innenraum 36 des Gehäuses 12 weist einen vorzugsweise kanalförmigen Teilbereich 38 und wenigstens einen zusätzlichen Teilbereich 40 auf, wobei die beiden Teilbereiche 38, 40 zumindest im Wesentlichen voneinander getrennt angeordnet sind. Dies erfolgt beispielhaft durch den (rechteckförmigen) Querschnitt des Teilbereichs 38 begrenzende Trennwände 44, 46 o.ä. Elemente (Fig. 2). Insbesondere sind die beiden zweiten Teilbereiche 38, 40 aneinander angrenzend im Gehäuse 12 angeordnet.

Ergänzend wird erwähnt, dass nicht nur ein zusätzlicher, vom Teilbereich 38 getrennter zusätzlicher Teilbereich 40 im Innenraum 36 des Gehäuses 12 vorgesehen sein kann, sondern mehrere zusätzliche Teilbereiche 40. Auch kann sich der Teilbereich 38 beispielsweise über die gesamte Breite des Gehäuses 12 erstrecken, d.h. dass er nicht an allen Seiten von dem weiteren Teilbereich 40 umgeben sein muss, wie dies in der Fig. 2 darstellt ist.

Der erste Teilbereich 38 dient beispielhaft der Aufnahme einer Vielzahl von wärmeabgebenden Bauteilen 48 in Form von finnenartigen Kühlrippen 50, die im dargestellten Ausführungsbeispiel den Querschnitt des ersten Teilbereichs 38, mit Ausnahme von Spalten 51 zwischen den Kühlrippen 50, nahezu vollständig ausfüllen. Die Kühlrippen 50 sind als flache Kühlrippen 50 ausgebildet, wobei beispielhaft mehrere, sowohl senkrecht zur Zeichenebene der Fig. 1 als auch in der Ebene der Fig. 1 angeordnete Kühlrippen 50 hintereinander angeordnet sind.

Die Bauteile 48 bzw. Kühlrippen 50 sind wärmeleitend, vorzugsweise über einen Wärmeleitkleber (nicht dargestellt), mit innerhalb des zusätzlichen Teilbereichs 40 auf der der ersten Gehäuseaußenwand 18 zugewandten Seite angeordneten wärmeerzeugenden Bauteilen 52 verbunden. Mit anderen Worten gesagt bedeutet dies, dass die wärmeerzeugenden Bauteile 52 die (Haupt-) Wärme über die Bauteile 48 bzw. Kühlrippen 50 aus dem zusätzlichen Teilbereich 40 in den Teilbereich 38 abführen bzw. einleiten. Demgegenüber ist der zusätzliche Teilbereich 40, auf der dem Gehäusedeckel 16 bzw. der zweiten Gehäuseaußenwand 20 zugewandten Seite vorzugsweise frei von wärmeerzeugenden Elementen. Jedoch ist diese Seite des zusätzlichen Teilbereichs 40 typischerweise der Sonnenstrahlung ausgesetzt, das heißt, dass dadurch eine zusätzliche Erwärmung des Teilbereichs 40 erfolgen kann.

Zur strömungstechnischen Verbindung des Teilbereichs 38 mit dem Einlassbereich 28 bzw. dem Auslassbereich 32 sind ein Zuströmkanal 54 und ein Abströmkanal 56 im Innenraum 36 des Gehäuses 12 vorgesehen. Weiterhin ist anhand der Fig. 1 erkennbar, dass der im Wesentlichen parallel zu den beiden Gehäuseaußenwänden 18, 20 verlaufende Teilbereich 38 in Bezug zum Einlassbereich 28 und zum Auslassbereich 32 in Richtung zur zweiten Gehäuseaußenwand 20 bzw. in Richtung zum Gehäusedeckel 16 hin versetzt angeordnet ist. Dies hat zur Folge, dass der Zuströmkanal 54 und der Abströmkanal 56 im Längsrichtung betrachtet schräg zu den Gehäuseaußenwänden 18, 20 verlaufen. Weiterhin ist erkennbar, dass der Querschnitt des Zuströmkanals 54 vom Einlassbereich 28 in Richtung zum Teilbereich 38 zumindest im Wesentlichen konstant ausgebildet ist, während sich der Querschnitt des Abströmkanals 56 zwischen dem Ende des Teilbereichs 38 in Richtung zum Auslassbereich 32 hin verjüngt bzw. verengt.

Auf der dem Auslassbereich 32 abgewandten Seite des Abströmkanals 56 ist eine Lüftereinrichtung 58 mit wenigstens einer Lüftereinheit 60 angeordnet. Die Lüftereinheit 60 ist beispielsweise als Ventilator in Axialbauweise ausgebildet und saugt Umgebungsluft in das Gehäuse 12 ein und leitet diese anschließend aus dem Gehäuse 12 aus. Dabei ist der Strömungsweg der Umgebungsluft beim Betrieb der Wandladestation 10 derart, dass diese über den Einlassbereich 28 und den Zuströmkanal 54 in den Teilbereich 38 gelangt und diesen unter Erwärmung durch die Bauteile 48 bzw. Kühlrippen 50 durchströmt, und anschließend über den Abströmkanal 56 über den Auslassbereich 32 aus dem Gehäuse 12 ausgeleitet wird.

Wesentlich ist, dass die Schlitze 26 am Einlassbereich 28 nicht nur in Überdeckung mit dem Zuströmkanal 54 angeordnet sind, sondern auch in Wirkverbindung mit dem zusätzlichen Teilbereich 40 angeordnet sind bzw. bis in den zusätzlichen Teilbereich 40 reichen. Dadurch kann auch Umgebungsluft über den Einlassbereich 28 in den zusätzlichen Teilbereich 40 einströmen. Das Einströmen bzw. Einsaugen der Umgebungsluft in den zusätzlichen Teilbereich 40 erfolgt dadurch, dass der Abströmkanal 56 in einem schräg verlaufenden Abschnitt 62 ebenfalls Schlitze 64, Öffnungen oder dergleichen Durchbrüche aufweist. Die von der Lüftereinrichtung 60 geförderte Luft strömt dabei entlang des Abströmkanals 56, wobei aufgrund der Querschnittsverengung des Abströmkanals 56 im Bereich des Abschnitts 62 eine Beschleunigung der Luftströmung bei gleichzeitiger Erniedrigung des Luftdrucks (Bernoulli-Effekt) erfolgt. Dies bewirkt eine Ansaugung von Umgebungsluft über Einlassbereich 28 in den zusätzlichen Teilbereich 40, wodurch auch eine Kühlung des zusätzlichen Teilbereichs 40 erfolgt.

In der Fig. 3 ist ein Teilbereich einer Wandladestation 10a dargestellt, deren Gehäuse 12a sich dadurch vom Gehäuse 12 unterscheidet, dass die wenigstens eine Lüftereinrichtung 58a sich unmittelbar am Auslassbereich 32 an der Innenseite bzw. der Innenwand des Gehäuses 12a befindet. Dies hat zur Folge, dass die Lüftereinrichtung 60a aktiv Luft über die Schlitze 64 am Abströmkanal 56 auch aus dem Bereich des zusätzlichen Teilbereichs 40 ansaugt. Ergänzend wird erwähnt, dass bei deiner derartigen Anordnung der Lüftereinrichtung 60a ggf. kein sich im Querschnitt verengenden Abströmkanal 56 erforderlich ist.

Zuletzt ist in der Fig. 4 eine nochmals abgewandelte Wandladestation 10b dargestellt, deren Gehäuse 12b sich dadurch auszeichnet, dass sich innerhalb des Gehäuses 12b eine erste Lüftereinrichtung 66 befindet, die dem Teilbereich 38 zugeordnet ist, und eine zweite Lüftereinrichtung 58 am Auslassbereich 32, die den beiden Teilbereichen 38, 40 zugeordnet ist. Die beiden Lüftereinrichtungen 66, 68 können sich sowohl hinsichtlich ihrer Bauart, als auch hinsichtlich ihrer Leistung bzw. Fördervolumens unterscheiden, um den unterschiedlichen Verlustwärmen, die in dem Teilbereichen 38, 40 erzeugt werden, Rechnung zu tragen.

Die soweit beschriebene Wandladestation 10, 10a, 10b kann in vielfältiger Art und Weise abgewandelt bzw. modifiziert werden, ohne vom Erfindungsgedanken abzuweichen.