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WO2024160469A1 - Kühlsystem zum kühlen einer fahrzeugseitigen ladeleitung, fahrzeug-thermomanagementsystem sowie batterieelektrisch betriebenes fahrzeug mit zumindest einem solchen kühlsystem - Google Patents

Kühlsystem zum kühlen einer fahrzeugseitigen ladeleitung, fahrzeug-thermomanagementsystem sowie batterieelektrisch betriebenes fahrzeug mit zumindest einem solchen kühlsystem Download PDF

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Publication number
WO2024160469A1
WO2024160469A1 PCT/EP2024/025055 EP2024025055W WO2024160469A1 WO 2024160469 A1 WO2024160469 A1 WO 2024160469A1 EP 2024025055 W EP2024025055 W EP 2024025055W WO 2024160469 A1 WO2024160469 A1 WO 2024160469A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
vehicle
heat exchanger
temperature control
thermal management
circuit
Prior art date
Application number
PCT/EP2024/025055
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Otfried Schwarzkopf
Original Assignee
Voss Automotive Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from DE102023001350.1A external-priority patent/DE102023001350A1/de
Application filed by Voss Automotive Gmbh filed Critical Voss Automotive Gmbh
Publication of WO2024160469A1 publication Critical patent/WO2024160469A1/de

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L53/00—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles
    • B60L53/30—Constructional details of charging stations
    • B60L53/302—Cooling of charging equipment
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L53/00—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles
    • B60L53/10—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles characterised by the energy transfer between the charging station and the vehicle
    • B60L53/14—Conductive energy transfer
    • B60L53/18—Cables specially adapted for charging electric vehicles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
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    • B60L2240/10—Vehicle control parameters
    • B60L2240/36—Temperature of vehicle components or parts
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B7/00—Insulated conductors or cables characterised by their form
    • H01B7/42—Insulated conductors or cables characterised by their form with arrangements for heat dissipation or conduction
    • H01B7/421—Insulated conductors or cables characterised by their form with arrangements for heat dissipation or conduction for heat dissipation
    • H01B7/423—Insulated conductors or cables characterised by their form with arrangements for heat dissipation or conduction for heat dissipation using a cooling fluid

Definitions

  • Cooling system for cooling a vehicle-side charging line, vehicle thermal management system and battery-electric vehicle with at least one such cooling system
  • the invention relates to a cooling system for cooling at least one vehicle-side charging line of a battery-electrically operated vehicle, wherein the at least one vehicle-side charging line extends between a battery, in particular traction battery, of the vehicle and a vehicle-side charging connection connector and electrically connects them to one another, a vehicle thermal management system, comprising a closed system of a temperature control circuit of a battery-electrically operated vehicle, in which temperature control medium can flow or flows, wherein the temperature control circuit comprises at least one battery temperature control circuit for temperature control of a battery system containing a traction battery, at least one partial circuit for temperature control of at least one electronic component and at least one partial circuit comprising at least one heat exchanger, in particular a front-end heat exchanger, which serves to absorb heat from ambient air and/or release heat to it and to transfer heat into the temperature control medium and/or from it, wherein the partial circuits each comprise feed and return lines, and a battery-electrically operated vehicle, in particular land vehicle, comprising at least one battery system with at least one Tra
  • the charging process would have to be throttled, so that the charging process takes a longer time.
  • a motor vehicle with a charging cable for charging a motor vehicle-side energy storage unit for electrical energy wherein the charging cable has at least one connection element for connecting with a connection of an external energy source or with a motor vehicle-side connection of a motor vehicle-side energy storage unit for electrical energy.
  • An electrical heating device for heating the connection element and at least a section of the charging cable is also provided, wherein the heating device can be controlled by means of a motor vehicle-side control unit, wherein on the one hand the control unit is in an operative connection and with a motor vehicle-side operating element by means of which the control unit can be operated by the user to control the heating device, and/or wherein on the other hand the control unit is designed to control the heating device automatically at predeterminable or predetermined times.
  • a possibility for cooling is not provided here, so that the charging current must be limited, which leads to comparatively longer charging times.
  • a vehicle charging station which comprises a high-performance charging source for rapidly charging an electric battery of an electric vehicle, a coolant source for providing an electrically insulating coolant and a connection which comprises both an electrical supply section for supplying the electrical charge and a coolant supply section for supplying a coolant.
  • the connection for charging the electric battery and for providing the electrically insulating liquid coolant can be connected from the coolant source to a receptacle of the electric vehicle via a coolant line arranged inside the electric vehicle for cooling the electric battery during the charging process. Cooling of the battery is thus provided, with an external cooling circuit being connected to the cooling circuit of the vehicle.
  • the present invention is therefore based on the objective of providing a cooling system for cooling a vehicle-side charging line of a battery-electric vehicle, a vehicle thermal management system and a battery-electric vehicle with at least one cooling system, wherein the above-mentioned disadvantages of the prior art solutions no longer occur and yet efficient cooling of the vehicle-side charging line, which extends between the traction battery of the vehicle and a vehicle-side charging connection connector and electrically connects them to one another, is made possible.
  • the object is achieved for a cooling system for cooling at least one vehicle-side charging line according to the preamble of claim 1 in that at least one heat exchanger is provided and can be assigned or is assigned to the at least one vehicle-side charging line, wherein the at least one heat exchanger extends at least partially along the longitudinal extent of the at least one vehicle-side charging line.
  • the object is achieved in that the vehicle thermal management system comprises at least one such cooling system for cooling at least one vehicle-side charging line.
  • the object is This is achieved by comprising at least one such cooling system for cooling the at least one vehicle-side charging line.
  • the safety, effort and cost problems described in DE 11 2012 003 099 B4 therefore no longer arise in the present case. Rather, efficient cooling of the vehicle-side charging line is enabled via the at least one heat exchanger assigned to the vehicle-side charging line.
  • the at least one heat exchanger extends at least partially along the longitudinal extension of the at least one vehicle-side charging line and thereby enables its cooling, in particular in the area of the vehicle-side charging connection connector.
  • the desired maximum temperature in the area of the vehicle-side charging connection connector in particular a maximum temperature of 90 °C, can be optimally maintained, since the at least one heat exchanger enables the vehicle-side charging line to be cooled precisely in the area of the vehicle-side charging connection connector. Efficient fast charging can thus be carried out without any problems while cooling the vehicle-side charging line in the sensitive area of the vehicle-side charging connection connector.
  • the charging line leading to the vehicle outside the vehicle and which can be coupled to the vehicle-side charging connection connector for supplying electrical energy to the vehicle or its traction battery is only used to supply electrical energy.
  • the vehicle-side charging line arranged inside the vehicle is only provided with the at least one heat exchanger or the at least one heat exchanger of this assigned to enable cooling of the vehicle-side charging line during a charging process.
  • the at least one heat exchanger is connected to a temperature control circuit of the vehicle or its vehicle thermal management system and in particular has a temperature control medium flowing through it. However, this does not come into contact with the vehicle-side charging line, so that a strict separation is provided between the temperature control medium and the electrical components of the charging line(s) and the at least one vehicle-side charging connection connector.
  • At least one temperature sensor device is advantageously provided for determining the temperature in the area of the vehicle-side charging line. This represents a measurement variable according to which regulation can be carried out or is carried out.
  • the at least one temperature sensor device can particularly preferably be arranged in the area of the vehicle-side charging connection connector. By providing at least one such temperature sensor device, it is possible to determine the current actual temperature of the vehicle-side charging line, in particular in the area of the vehicle-side charging connection connector arranged at the end of the charging line or connected to the charging line. Accordingly, optimal temperature regulation can be achieved for cooling the vehicle-side charging line, especially in the area of the vehicle-side charging connection connector.
  • Such control or regulation of the temperature, in particular the flow temperature of the tempering medium flowing through the at least one heat exchanger can be carried out by at least one control and/or regulation device.
  • At least one vehicle thermal management system can be provided and the at least one heat exchanger can be connected to the at least one vehicle thermal management system, thermally and/or fluidically connected to it or integrated into it.
  • the cooling system for cooling the vehicle-side charging line comprises the at least one heat exchanger.
  • the at least one heat exchanger is thus integrated into the vehicle thermal management system, so that a flow through the at least one heat transfer with at least one tempering medium, which is in can flow through at least one temperature control circuit of the thermal management system.
  • the at least one vehicle thermal management system can further advantageously comprise at least one temperature control circuit with a first temperature control medium and the at least one control and/or regulating device for controlling and/or regulating the temperature control medium mass flow m and the temperature control medium flow temperature T v of the first temperature control medium flowing into the heat exchanger, wherein the at least one heat exchanger is arranged in a heat exchanger sub-circuit of the at least one temperature control circuit through which the first temperature control medium can flow or through.
  • the first temperature control medium can be, for example, water with antifreeze, i.e. water/glycol, flowing within the temperature control circuit and the heat exchanger sub-circuit.
  • the mass flow and the flow temperature of the first tempering medium which flows into the at least one heat exchanger assigned to the vehicle-side charging line, can thus be regulated or controlled in a targeted manner for this heat exchanger sub-circuit, through which the first tempering medium can or does flow.
  • the actual temperature of the first tempering medium in the return line of the heat exchanger, determined by the at least one temperature sensor device, can in particular serve as the basis for the regulation or control of the mass flow and flow temperature of the first tempering medium, i.e. after it has flowed through and absorbed the heat emitted by the vehicle-side charging line.
  • the at least one heat exchanger can thus be flowed through by the first temperature control medium flowing in the temperature control circuit in order to enable cooling of the vehicle-side charging line, in particular in the area of the vehicle-side charging connection connector.
  • it is not absolutely necessary to cool the entire vehicle-side charging line; in many cases it is sufficient to arrange the at least one heat exchanger only in a partial section of the vehicle-side charging line, for example only in the area of the vehicle-side charging connection connector, since It is precisely there that the thermal stress and wear caused by play in the contact pins of the vehicle-side charging connector due to numerous coupling and decoupling processes for connecting and disconnecting a charging cable leading from a charging or energy source to the vehicle to and from the vehicle-side charging connector and the resulting higher contact resistances are at their highest.
  • Cooling therefore proves to be particularly advantageous in the area of the vehicle-side charging connector connected to the vehicle-side charging cable.
  • the at least one temperature sensor device for detecting the actual temperature of the tempering medium flowing through the at least one heat exchanger precisely in the area of the vehicle-side charging connection connector, possibly also in other areas of the vehicle-side charging line, it is possible to send this actual temperature detected by the at least one temperature sensor device to the at least one control and/or regulating device, which appropriately controls or regulates the tempering medium mass flow required for cooling the vehicle-side charging line and the tempering medium flow temperature required for cooling the tempering medium flowing into the heat exchanger.
  • the vehicle thermal management system or its temperature control circuit comprises, in addition to the first temperature control medium, a second temperature control medium, such as thermal oil, and the at least one control and/or regulating device, wherein the at least one heat exchanger is arranged in a heat exchanger partial circuit of the at least one temperature control circuit through which the second temperature control medium can flow or flows.
  • a second temperature control medium such as thermal oil
  • the at least one heat exchanger is arranged in a heat exchanger partial circuit of the at least one temperature control circuit through which the second temperature control medium can flow or flows.
  • a separate heat exchanger sub-circuit is to be provided from the temperature control circuit of the vehicle thermal management system, through which the second temperature control medium flows and in which the at least one heat exchanger is or is arranged.
  • the regulation of the mass flow m and the flow temperature T v of the second temperature control medium flowing through the at least one heat exchanger, which is provided for cooling the vehicle-side charging line, thus takes place in a separate heat exchanger sub-circuit or cooling circuit.
  • the at least one temperature control circuit of the at least one vehicle thermal management system can thus comprise two temperature control media that flow in separate sub-circuits, wherein, for example, thermal oil is provided as the second temperature control medium, which only flows in the second sub-circuit, which serves to cool the vehicle-side charging line and in which the at least one heat exchanger is arranged, while the other sub-circuit(s) of the at least one temperature control circuit of the vehicle thermal management system is/are flowed through by the first temperature control medium, such as, for example, a water-glycol mixture or water/glycol.
  • the first temperature control medium such as, for example, a water-glycol mixture or water/glycol.
  • the at least one heat exchanger for cooling the vehicle-side charging line can thus be connected or integrated to/in the vehicle thermal management system.
  • the at least one heat exchanger of the system for cooling the vehicle-side charging line can be flowed through by the first tempering medium, such as water/glycol, which is also used to cool or temper numerous vehicle components and accordingly flows through one or more sub-circuits of the at least one tempering circuit of the vehicle thermal management system.
  • the first tempering medium such as water/glycol
  • the at least one vehicle thermal management system can further advantageously comprise at least one thermal management module, wherein the at least one heat exchanger in the heat exchanger partial circuit is arranged in the direct supply line to the thermal management module.
  • a thermal management module is a device in which the following components are bundled or combined in a structural unit.
  • the at least one thermal management module serves to manage mass flows of the tempering medium flowing through the at least one tempering circuit of the vehicle thermal management system of the battery-electric vehicle, wherein the at least one thermal management module comprises at least one component for conveying the tempering medium and at least one component for regulating the mass flow as well as fluid channels or fluid paths. Partial circuits of the at least one tempering circuit of the vehicle thermal management system can be connected to the thermal management module or its fluid paths via fluid connection devices arranged on the thermal management module. Within the thermal management module, the respective desired mass flows of tempering medium can be controlled by the at least one component for mass flow control, such as at least one valve, and flow into the partial circuits of the tempering circuit connected to the thermal management module.
  • the at least one component for mass flow control such as at least one valve
  • the heat exchanger partial circuit which comprises the at least one heat exchanger for cooling the vehicle-side charging line, is advantageously arranged in the feed line to the thermal management module or the thermal management module is arranged in the feed line to the at least one heat exchanger of the heat exchanger partial circuit.
  • the temperature control medium is conveyed via the at least one component for conveying the temperature control medium of the thermal management module, such as in particular at least one pumping device.
  • At least one switching valve can be provided as part of the at least one vehicle thermal management module, wherein the at least one heat exchanger is arranged in a heat exchanger sub-circuit in the direct flow to the switching valve.
  • the at least one temperature control circuit of the vehicle thermal management module thus comprises the at least one switching valve, via which the heat exchanger sub-circuit can be connected, as well as disconnected from the temperature control circuit.
  • thermo management module Compared to the provision of only a separate switching valve for switching on or off the separate heat exchanger sub-circuit in which the at least one heat exchanger for cooling the vehicle-side charging line is arranged, the connection of this heat exchanger sub-circuit to a thermal management module proves to be advantageous, since such a thermal management module enables a simpler and targeted supply of a suitable temperature control medium mass flow with a temperature control medium flow temperature suitable for cooling the vehicle-side charging line to the heat exchanger.
  • Connecting the at least one heat exchanger for cooling the vehicle-side charging line in series with other heat exchangers of the at least one temperature control circuit of the vehicle thermal management system proves to be disadvantageous compared to a parallel connection in a separate heat exchanger sub-circuit, since the vehicle-side charging connection connector in combination with the vehicle-side charging line reacts more sensitively to temperature fluctuations during a quick charging process than the other vehicle components. Furthermore, in comparison to the other vehicle components, a different setting is usually required when controlling or regulating the corresponding flow temperature of the temperature control medium that flows through the at least one heat exchanger for cooling the vehicle-side charging line.
  • the temperature in the area of the vehicle-side charging connection connector should be a maximum of 90 °C, so that a parallel connection of the heat exchanger sub-circuit, which comprises the at least one heat exchanger for cooling the vehicle-side charging line and the vehicle-side charging connection connector, proves to be more advantageous.
  • the vehicle battery or traction battery of the vehicle is charged using an external charging or energy source usually when the vehicle is stationary, in which the other vehicle components, with the exception of the traction battery and the vehicle-side charging line and the vehicle-side charging connection connector, usually do not need to be cooled.
  • Cooling can take place in particular by providing a chiller, i.e. a coolant evaporator, which is used here to cool the temperature control medium, as a component of the vehicle thermal management system.
  • a chiller i.e. a coolant evaporator
  • the at least one heat exchanger in a heat exchanger sub-circuit of the at least one temperature control circuit of the vehicle thermal management system and a battery temperature control circuit of the vehicle thermal management system for controlling the temperature of a battery system comprising the at least one battery are connected in parallel to one another.
  • the at least one heat exchanger in the heat exchanger sub-circuit of the at least one temperature control circuit of the vehicle thermal management system and the traction battery or the battery system comprising it in a battery temperature control circuit of the vehicle thermal management system, which is provided for controlling the temperature of the at least one traction battery, can thus be connected in parallel to one another, i.e. the heat exchanger sub-circuit comprising the at least one heat exchanger and the battery temperature control circuit comprising the battery system.
  • the at least one chiller is used to supply cooled tempering medium for cooling both the vehicle-side charging line or the vehicle-side charging connector and the battery system or the traction battery of the vehicle via these two parallel-connected sub-circuits of the tempering circuit of the Vehicle is possible. If a thermal management module of the vehicle thermal management system is provided, direct and selective control of the individual sub-circuits is optimally possible.
  • the heat exchanger sub-circuit of the at least one temperature control circuit of the vehicle thermal management system which includes the at least one heat exchanger, can advantageously be operated directly and independently of the at least one further sub-circuit of the at least one temperature control circuit of the vehicle thermal management system. It is also possible for the heat exchanger sub-circuit of the at least one temperature control circuit of the vehicle thermal management system, which includes the at least one heat exchanger, to be operated directly and independently of other temperature control components of the vehicle thermal management system.
  • the at least one heat exchanger By arranging the at least one heat exchanger in the separate heat exchanger sub-circuit of the at least one temperature control circuit of the vehicle thermal management system, it is thus possible to operate it completely independently of other temperature control components and sub-circuits of the at least one temperature control circuit of the vehicle thermal management system and to use it to specifically and directly cool the vehicle-side charging line or the vehicle-side charging connection connector.
  • the at least one heat exchanger sub-circuit can thus be operated independently of other sub-circuits of the at least one temperature control circuit of the vehicle thermal management system, which also fulfill temperature control tasks, and also independently of other temperature control components that fulfill temperature control tasks with regard to vehicle components.
  • the vehicle thermal management system further advantageously comprises at least one chiller and/or at least one front-end heat exchanger, wherein when the vehicle is stationary and/or when at least one further sub-circuit of the at least one temperature control circuit of the vehicle thermal management system is inactive, the at least one chiller and/or the at least one front-end heat exchanger serves to cool the temperature control medium flowing through the heat exchanger sub-circuit.
  • the temperature control medium flowing through at least one heat exchanger in the heat exchanger sub-circuit of the temperature control circuit of the vehicle thermal management system can thus be cooled via the at least one chiller and the at least one front-end heat exchanger, especially when the vehicle is stationary or when the other sub-circuits of the temperature control circuit of the vehicle thermal management system are not active.
  • the front-end heat exchanger of the vehicle makes it possible to provide a heat exchange with the ambient air of the vehicle, while the at least one chiller makes it possible to carry out a heat exchange with a coolant that flows in a coolant circuit of the vehicle or the vehicle thermal management system. For example, it is possible to first carry out a heat exchange in the area of the front-end heat exchanger and then in the area of or in at least one chiller(s) in order to enable optimal cooling of the tempering medium for flowing into the heat exchanger sub-circuit for cooling the vehicle-side charging line and the vehicle-side charging connection connector.
  • the temperature of the tempering medium flowing there can be reduced from 60 °C to 40 °C by flowing through the front-end heat exchanger with ambient air and thus corresponding heat exchange with it.
  • the valve or adjusting the at least one component for mass flow control, in particular the at least one thermal management module, of the vehicle thermal management system selective and targeted flow of tempering medium through the at least one front-end heat exchanger and/or the at least one chiller is possible, which can then flow into the heat exchanger sub-circuit appropriately cooled.
  • the at least one heat exchanger can be arranged on one side of the vehicle-side charging line, for example. It is also possible to surround the vehicle-side charging line with the at least one heat exchanger. This can in particular enclose the vehicle-side charging line concentrically.
  • the at least one heat exchanger can thus be provided in the manner of a sheath for the vehicle-side charging line.
  • the heat exchanger is or will be arranged within the vehicle-side charging line.
  • the heat exchanger which is completely encased or only partially extends around the circumference of the vehicle-side charging line or within the vehicle-side charging line, can extend over the entire length of the vehicle-side charging line. However, it can also be sufficient if it only extends over a portion of the length of the vehicle-side charging line.
  • Figure 1 is a schematic diagram of a state-of-the-art vehicle thermal management system
  • Figure 2 shows a first embodiment of a cooling system according to the invention for cooling a vehicle-side charging line as part of a vehicle thermal management system of a battery-electric vehicle
  • FIG. 2a shows a detailed view of the vehicle thermal management system according to Figure 2 in the area of a thermal management module thereof
  • FIG. 3 is a schematic diagram of a thermal management module for use in a vehicle thermal management system according to the invention, comprising a cooling system according to the invention for cooling a vehicle-side charging line,
  • FIG. 4 is a schematic diagram of a second embodiment of a cooling system according to the invention for cooling a vehicle-side charging line, wherein the cooling system is part of a vehicle thermal management system,
  • FIG. 5 is a schematic diagram of a third embodiment of a cooling system according to the invention for cooling a vehicle-side charging line, wherein the cooling system is part of a vehicle thermal management system,
  • Figure 6 a schematic diagram of a control and/or regulating device for controlling and regulating mass flows and flow temperature a temperature control medium for cooling a vehicle-side charging line with a cooling system according to the invention
  • Figure 7 is a schematic diagram of a battery-electric vehicle according to the invention with a cooling system according to the invention for cooling its vehicle-side charging line.
  • FIG. 1 shows a schematic diagram of a known vehicle thermal management system 1, which comprises a traction battery 10 as part of a battery system 11, a chiller 12, a PTC auxiliary heater 13, an inverter 14, a charger 15, power electronics 16, an electric motor 17 and a front-end heat exchanger 18 as a cooler for heat exchange with the ambient air.
  • the vehicle thermal management system 1 also comprises three valves 19, 20, 21 as components for mass flow control for regulating the mass flows of tempering medium for tempering the vehicle components, which are arranged in the partial circuits of the tempering circuit 100, as well as two pump devices 22, 23 as components for conveying tempering medium within the individual media lines of the vehicle thermal management system 1 or its tempering circuits.
  • the battery system 11 or its traction battery 10 are arranged in a battery temperature control circuit 24.
  • the battery system 11 or its traction battery 10 can be tempered using both the chiller 12 and the PTC auxiliary heater 13.
  • the charger 15, the power electronics 16 and the electric motor 17 can be tempered using a further sub-circuit 25 of the tempering circuit 100.
  • the tempering medium which is usually cooled by ambient air via the front-end heat exchanger 18, flows in this area in its own sub-circuit 26, which is assigned to the front-end heat exchanger 18.
  • the sub-circuits 24, 25, 26 are each supplied with corresponding mass flows of tempering medium via the valves 19, 20, 21, whereby the tempering medium can flow through the two pump devices 22, 23 in the sub-circuits 24, 25.
  • FIG 2 shows a partial section of the vehicle thermal management system 1 of a battery-electric vehicle 8 (see Figure 7), where According to the invention, this comprises a cooling system 3 for cooling a vehicle-side charging line 4.
  • the vehicle-side charging line 4 is arranged inside the vehicle 8 and is connected at one end to a vehicle-side charging connection connector 5, and at the other to the traction battery 10 or the battery system 11, as is also indicated in Figure 2 and can also be seen in Figure 7.
  • the vehicle-side charging connection connector 5 can be used to connect to a charging line located outside the battery-electric vehicle 8, which is intended to conduct electrical energy from a charging or energy source towards the traction battery 10 of the vehicle in order to charge the traction battery 10 of the vehicle 8.
  • the vehicle-side charging line 4 is cooled by the cooling system 3 when the traction battery 10 is being quickly charged.
  • this comprises a heat exchanger 30 extending along the vehicle-side charging line 4 (see also Figure 7).
  • the heat exchanger 30 can, as indicated in Figure 2, extend over essentially the entire length of the vehicle-side charging line 4. It is also possible to arrange it only over a partial section of the length of the vehicle-side charging line 4. In this case, an arrangement in the area of the vehicle-side charging connection connector 5 is particularly suitable in order to be able to cool this area in particular. For this purpose, a tempering medium flows through the heat exchanger 30.
  • thermoforming unit 31 is arranged in a heat exchanger partial circuit 31, wherein the heat exchanger partial circuit 31 is a partial circuit of the tempering circuit 100 of the vehicle thermal management system 1.
  • Tempering medium T flows in the partial circuits of the tempering circuit 100 and the heat exchanger partial circuit 31.
  • the tempering medium T flowing in the heat exchanger sub-circuit 31 can be cooled on the one hand via the chiller 12 and on the other hand via the front-end heat exchanger 18 of the vehicle thermal management system 1.
  • the latter comprises a thermal management module 110.
  • the chiller 12 is integrated into a chiller sub-circuit 125 and into a refrigerant circuit 27 in which refrigerant KM flows.
  • the refrigerant circuit 27 is only partially shown in Figures 2 and 2a, namely in the area of the chiller 12. Further Components of the refrigerant circuit 27 have been omitted for the sake of clarity.
  • the front-end heat exchanger 18 is arranged in its sub-circuit 26. Both sub-circuits 26 and 125, in which the temperature control medium T flows, are coupled to the thermal management module 110. This can be seen in particular from the detailed view in Figure 2a, in which the thermal management module 110 is shown enlarged.
  • the heat exchanger 30 in its heat exchanger sub-circuit 31 is arranged in the flow of the thermal management module 110, so that the heat absorbed in the temperature control medium from the vehicle-side charging line 4 via the heat exchanger 30 flows into the thermal management module 110 via a media line 32 of the heat exchanger sub-circuit 31.
  • the thermal management module 110 is arranged in its or their return.
  • the temperature control medium which is provided with a desired flow temperature within the thermal management module 110, flows back from the thermal management module 110 in the direction of the heat exchanger 30 with a corresponding mass flow via a media line 33 of the heat exchanger sub-circuit 31.
  • the thermal management module 110 is thus arranged in the flow of the latter.
  • the heat exchanger sub-circuit 31 and the battery temperature control circuit 24 are preferably connected in parallel to one another, so that tempering medium cooled by the chiller 12 can flow into both the heat exchanger sub-circuit 31 and, in parallel, into the battery temperature control circuit 24.
  • tempering medium cooled by the chiller 12 can flow into both the heat exchanger sub-circuit 31 and, in parallel, into the battery temperature control circuit 24.
  • cooling of both the traction battery 10 and the vehicle-side charging line 4 and, accordingly, also the vehicle-side charging connection connector 5 is possible during a rapid charging process of the traction battery 10.
  • the tempering medium cooled via the chiller 12 thus flows into the supply line of the battery tempering circuit 24 and the tempering medium heated therein after flowing through the lines of the battery system 11 (shown in dashed lines in Figure 2) thus flows in the return line of the battery tempering circuit 24 from there back into the thermal management module 110, pumped by the pump device 115.
  • the valve position of the valve 112 it can flow from there into the supply line of the partial circuit 26, which includes the front-end heat exchanger 18, in order to carry out a heat exchange with the ambient air of the vehicle, and/or flow via the valve 113 into the chiller partial circuit 125 in order to carry out a heat exchange there or to be cooled down.
  • the tempering medium cooled therein flows back into the thermal management module 110 and, after passing through the valve 113, can flow into the chiller 12 together with the heated tempering medium arriving from the heat exchanger sub-circuit 31 or without it in order to be able to be cooled therein in the heat exchange with the coolant circuit 27, which also flows through the chiller 12.
  • the cooled tempering medium can then flow back into the thermal management module 110 and from there, driven by the pump device 114 and controlled via the valve 111, flow back into one of the two or both sub-circuits 24, 31 of the tempering circuit 100.
  • FIG 3 shows an alternative embodiment of the thermal management module 110 with the two pump devices 114, 115 contained therein and the three valves 111, 112, 113. Unlike in Figure 2a, these are integrated into the fluid paths within the thermal management module 110.
  • a temperature sensor device 6 is provided in order to be able to detect the temperature of the tempering medium that can flow into the heat exchanger sub-circuit 31. This can be used to monitor the flow temperature of the tempering medium that flows into the heat exchanger sub-circuit 31 accordingly in order to be able to provide a temperature control suitable for cooling the vehicle-side charging line 4.
  • the valves 111, 112, 113 can be standard valves, i.e.
  • tempering medium in particular 4/2-way valves, 4/3-way valves or 3/2-way valves. It is also possible to pass the tempering medium through the thermal management module 110 without querying the temperature sensor device 6, for example when the traction battery 10 is not being charged, so that the heat exchanger 30 is not to be flowed through with tempering medium that is appropriately tempered and suitable for cooling the vehicle-side charging line 4 and the vehicle-side charging connection connector 5.
  • FIG 4 shows a cooling system 3 for cooling the vehicle-side charging line 4 that has been modified compared to the embodiment according to Figures 2 and 2a.
  • Two different tempering media flow within the tempering circuit 100, for example water and/or a mixture of water/glycol as a first tempering medium T1 and thermal oil as a second tempering medium T2.
  • These two tempering media flow in different sub-circuits, with the second tempering medium T2, in particular thermal oil, flowing within the heat exchanger sub-circuit 31 and the first tempering medium T1 flowing in all other sub-circuits of the tempering circuit 100, such as in particular the battery tempering circuit 24.
  • the heat exchanger sub-circuit 31 is not integrated into the thermal management module 110, but is designed separately from it.
  • two chillers 28, 29 are provided, with a first chiller 28 serving to cool the second tempering medium T2 flowing within the heat exchanger sub-circuit 31 and a second chiller 29 serving to cool the first tempering medium T1 flowing within the other sub-circuits, in particular the battery tempering circuit 24.
  • Both the first chiller 28 and the second chiller 29 are flowed through by coolant KM of the coolant circuit 27.
  • the coolant KM can first flow through the first chiller 28, then the second chiller 29 and after flowing through it an expansion element or a compressor and then again the first chiller 28.
  • a reverse Flow direction is possible, in which the flow first passes through the second chiller 29 and then through the first chiller 28.
  • first chiller 28 serves to cool the second tempering medium T2, which also flows through it, to cool the heat exchanger 30
  • the second chiller 29 serves to cool the first tempering medium T1, which flows through the battery tempering circuit 24, among other things. This can also be seen particularly well in Figure 4. It can also be seen from Figure 4 that further sub-circuits can be connected to the thermal management module 110, which serve to temper other vehicle components.
  • the thermal management module 110 can in turn comprise at least one pumping device, as well as a number of valves in order to be able to allow the desired mass flows of first temperature control medium to flow into the respective partial circuits, such as in particular the battery temperature control circuit 24. Since the heat exchanger sub-circuit 31 is provided completely separately from the thermal management module 110 as a separate closed system in which the second tempering medium T2, such as thermal oil, flows, the heat exchanger sub-circuit 31 comprises its own pumping device 34. As can be further seen from Figure 4, the second tempering medium T2 flows within the heat exchanger sub-circuit 31 from the first chiller 28 in the direction of the heat exchanger 30 and from there back via the pumping device 34 in the direction of the first chiller 28. As an alternative to providing the two chillers 28, 29, a heat exchanger or chiller suitable for passing through three media can also be provided, i.e. for passing through both the first and the second tempering medium and the coolant KM from the coolant circuit 27.
  • FIG 5 shows a further alternative embodiment of the vehicle thermal management system 1 with the cooling system 3 for cooling the vehicle-side charging line 4.
  • the heat exchanger 30 is not only partially extending over the circumference of the vehicle-side charging line 4, as indicated in Figures 2 and 4, but encloses it over a portion of its longitudinal extent.
  • the heat exchanger 30 can surround or enclose the vehicle-side charging line 4 like a sleeve or can only be provided along the outside of it, extending over a portion of the circumference of the vehicle-side charging line 4. It is also possible for the heat exchanger 30 to be or is arranged within the vehicle-side charging line 4.
  • the embodiment of the vehicle thermal management system 1 shown in Figure 5 is a variant without a thermal management module 110, in which individual valves 119, 120, 122, 124 and pump devices 121, 123 of the vehicle thermal management system 1 are each arranged separately at different locations in the vehicle.
  • the temperature control circuit 100 also comprises several sub-circuits, including the battery temperature control circuit 24, in which the temperature control medium can flow through the chiller 12 for cooling. For heating, flow through the PTC auxiliary heater 13 is possible, whereby the temperature control medium can be directed via the valve 119 to the chiller 12 or to the PTC auxiliary heater 13 accordingly.
  • the temperature control medium flows into the valve 119 after flowing through the battery system 11.
  • the battery temperature control circuit 24 the
  • the valve 120 makes it possible to divide the mass flow of tempering medium cooled by the chiller 12 on the one hand to the battery tempering circuit 24 with the battery system 11, and on the other hand to the heat exchanger sub-circuit 31 with the heat exchanger 30.
  • the tempering medium flows back from the heat exchanger 30 in the direction of the valve 119.
  • the battery tempering circuit 24 and the heat exchanger sub-circuit 31 are thus in the embodiment variant of the cooling system 3 for Cooling of the vehicle-side charging line 4 via the heat exchanger 30 thus connected in parallel.
  • the tempering medium heated in the battery system 11 on the one hand and by the heat exchanger 30 on the other hand can also be directed to the valve 122 via the valve 119. From there, it can flow via the pump device 123 in the direction of the vehicle components of the charger 15, the power electronics 16 and the electric motor 17 connected in series. After flowing through the latter, the correspondingly heated tempering medium can flow to the further valve 124 and from there through the partial circuit 26 with the front-end heat exchanger 18 back to the valve 124 or directly in the direction of the inverter 14 and after passing through it back to the valve 120.
  • the valve 120 can be a 2/3-way valve, for example.
  • the cooling system 3 for cooling the vehicle-side charging line 4 can be integrated into the temperature control circuit 100 of the vehicle thermal management system 1 via corresponding valves and corresponding valve circuits, in particular by connecting the heat exchanger sub-circuit 31 and the battery temperature control circuit 24 in parallel.
  • FIG. 6 shows a further embodiment of the cooling system 3 for cooling the vehicle-side charging line 4 with the provision of temperature monitoring.
  • the arrangement comprises a control and/or regulating device 7 for controlling and/or regulating both the mass flows m and the flow temperature T v of the tempering medium for tempering the vehicle-side charging line 4 via the heat exchanger 30.
  • a temperature sensor device 60 is arranged behind the heat exchanger 30 in the flow direction.
  • a further temperature sensor device 61 is provided in the area of the battery system 11 in order to be able to determine its return temperature.
  • control and/or regulating device 7 receives the temperature data from the two temperature sensor devices 60, 61 from the respective return of the heat exchanger sub-circuit 31 and the battery temperature control circuit 24 and sends corresponding signals to the thermal management module 110 to control the valves and pump devices on the thermal management module 110 for controlling the mass flow and flow temperature of the heat exchanger 30.
  • the actual temperatures of the traction battery 10 or on the battery system 11 are sent to the control and/or regulating device 7 via a signal line 70, the actual temperatures in the area of the vehicle-side charging connection connector 5 are sent via a signal line 72, and control signals from the control and/or regulating device 7 to the thermal management module 110 via a signal line 71.
  • the control and/or regulating device 7 serves to control the valves and pump devices of the thermal management module 110 accordingly in order to be able to allow the respective desired mass flows of tempering medium with the respective desired flow temperature to flow in, in particular in the direction of the heat exchanger 30 in the heat exchanger sub-circuit 31 for cooling the vehicle-side charging line 4 and thus also the vehicle-side charging connection connector 5 and also in the direction of the battery tempering circuit 24 for the corresponding tempering of the traction battery 10 of the battery system 11.
  • FIG. 7 shows a schematic diagram of a battery-electric vehicle 8.
  • Four wheels 80, 81, 82, 83 of the vehicle as well as its front 84 and rear 85 are indicated.
  • an arrow P1 shows the direction of travel in front of the front 84 of the vehicle.
  • the front end heat exchanger 18 is arranged in the area of the front 84 of the battery-electric vehicle 8.
  • the battery-electric vehicle 8 can, on the one hand, be a vehicle that is exclusively powered by the
  • the vehicle can be a vehicle driven by a battery-operated electric motor 17, or a hybrid vehicle that is at least temporarily operated electrically.
  • the battery system 11 or the traction battery 10 is provided to supply power to the electric motor 17.
  • the vehicle thermal management system 1 serves to keep the battery system 11 and the vehicle-side charging line 4 as well as optionally other vehicle components, such as the electric motor 17 and the power electronics 16, at a desired temperature level, and to air-condition or temper a vehicle interior 86 in which people sit as a passenger cell.
  • the coolant circuit 27 and the front-end heat exchanger 18 serve this purpose.
  • Temperature control circuit 110 Thermal management module 11 1 Valve

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Abstract

Bei einem Kühlsystem (3) zum Kühlen zumindest einer fahrzeugseitigen Ladeleitung (4) eines batterieelektrisch betriebenen Fahrzeugs (8), wobei die zumindest eine fahrzeugseitige Ladeleitung (4) sich zwischen einer Batterie, insbesondere Traktionsbatterie (10), des Fahrzeugs (8) und einem fahrzeugseitigen Ladeanschlussverbinder (5) erstreckt und diese elektrisch miteinander verbindet, ist zumindest ein Wärmeübertrager (30) vorgesehen und der zumindest einen fahrzeugseitigen Ladeleitung (4) zuordbar oder zugeordnet, wobei der zumindest eine Wärmeübertrager (30) sich zumindest teilweise entlang der Längserstreckung der zumindest einen fahrzeugseitigen Ladeleitung (4) erstreckt.

Description

Kühlsystem zum Kühlen einer fahrzeugseitigen Ladeleitung, Fahrzeug- Thermomanagementsystem sowie batterieelektrisch betriebenes Fahrzeug mit zumindest einem solchen Kühlsystem
Die Erfindung betrifft ein Kühlsystem zum Kühlen zumindest einer fahrzeugseitigen Ladeleitung eines batterieelektrisch betriebenen Fahrzeugs, wobei die zumindest eine fahrzeugseitige Ladeleitung sich zwischen einer Batterie, insbesondere Traktionsbatterie, des Fahrzeugs und einem fahrzeugseitigen Ladeanschlussverbinder erstreckt und diese elektrisch miteinander verbindet, ein Fahrzeug-Thermomanagementsystem, umfassend ein geschlossenes System eines Temperierkreislaufs eines batterieelektrisch betriebenen Fahrzeugs, in dem Temperiermedium strömbar ist oder strömt, wobei der Temperierkreislauf zumindest einen Batterietemperierkreislauf zum Temperieren eines Batteriesystems, enthaltend eine Traktionsbatterie, zumindest einen Teilkreislauf zum Temperieren zumindest einer Elektronikkomponente und zumindest einen Teilkreislauf, umfassend zumindest einen Wärmeübertrager, insbesondere einen Frontend-Wärmetauscher, der zur Wärmeaufnahme aus Umgebungsluft und/oder Wärmeabgabe an diese und zur Wärmeübertragung in das Temperiermedium und/oder aus diesem dient, umfasst, wobei die Teilkreisläufe jeweils Vor- und Rückläufe umfassen, sowie ein batterieelektrisch betriebenes Fahrzeug, insbesondere Landfahrzeug, umfassend zumindest ein Batteriesystem mit zumindest einer Traktionsbatterie, zumindest ein Fahrzeug- Thermomanagementsystem zum Temperieren von Fahrzeugkomponenten, zumindest eine fahrzeugseitige Ladeleitung und zumindest einen fahrzeugseitigen Ladeanschlussverbinder zum Laden der Traktionsbatterie, wobei sich die fahrzeugseitige Ladeleitung zwischen Traktionsbatterie und fahrzeugseitigem Ladeanschlussverbinder erstreckt.
Bei batterieelektrisch betriebenen Fahrzeugen ist es erforderlich, deren Traktionsbatterie regelmäßig zu laden, um die Weiterfahrt zu ermöglichen. Gerade auf längeren Fahrtstrecken wird dabei ein schnelles Laden der Traktionsbatterie bevorzugt, da ansonsten die für das Laden der Traktionsbatterie des Fahrzeugs erforderlichen Fahrtunterbrechungen bzw. Pausen und damit Zeitverzögerung bei der Ankunft am Ziel sehr groß wird. Daher wurden Schnellladesysteme entwickelt, die es ermöglichen, innerhalb kurzer Zeit die Traktionsbatterie eines batterieelektrisch betriebenen Fahrzeugs zu laden.
Bei einem solchen Schnellladevorgang ergibt sich allerdings die Problematik, dass der Widerstand der Ladeleitung zu einem Spannungsabfall und einer entsprechenden Verlustleistung beim Laden führt. Die hierbei entstehende Wärme muss für ein effizientes Laden abgeführt, es sollte daher gekühlt werden. Auch durch sog. on Board-Ladegeräte, die fahrzeugseitig vorgesehen sind, entstehen weitere Verluste. Solche Ladegeräte dienen dazu, den von einer Ladesäule ankommenden Wechselstrom für die Traktionsbatterie in Gleichstrom umzuwandeln. Eine weitere Problematik ergibt sich aufgrund des Übergangswiderstands an der Schnittstelle der Ladeleitung zu dem Fahrzeug, da bei häufigen Ladevorgängen, somit häufigem Ankoppeln und Abkoppeln der Ladeleitung am und vom fahrzeugseitigen Ladeanschlussverbinder dessen eng nebeneinander positionierten Kontaktstifte Spiel bekommen, somit aus ihrer gewünschten Position gelangen, so dass Übergangswiderstände entstehen, die zu einem Temperaturanstieg führen. Die Kontaktstifte des fahrzeugseitigen Ladeanschlussverbinders weisen üblicherweise ein enges Spiel auf, so dass Temperaturen von zumindest deutlich über 90 °C zu einer Wärmedehnung der Stifte und somit zu erhöhten Übergangswiderständen führen. Aufgrund der Wärmedehnung im Bereich der Ladeanschlussverbinder erweist es sich als sinnvoll, eine Kühleinrichtung vorzusehen, um eine Maximaltemperatur von 90 °C nicht zu überschreiten. Alternativ müsste der Ladevorgang gedrosselt werden, so dass der Ladevorgang längere Zeit in Anspruch nimmt. Im Zusammenhang mit der Überwachung der Temperatur im Bereich des fahrzeugseitigen Ladeanschlussverbinders ist es bekannt, Temperatursensoren im oder am oder im Bereich des fahrzeugseitigen Ladeanschlussverbinders vorzusehen, um rechtzeitig einen Ladevorgang drosseln und Beschädigungen oder eine unzulässige Beanspruchung des fahrzeugseitigen Ladeanschlussverbinders vermeiden zu können.
Aus der DE 10 2011 119 495 B4 ist ein Kraftfahrzeug mit einem Ladekabel zum Laden einer kraftfahrzeugseitigen Energiespeichereinheit für elektrische Energie bekannt, wobei das Ladekabel zumindest ein Anschlusselement zum Verbinden mit einem Anschluss einer externen Energiequelle oder mit einem kraftfahrzeugseitigen Anschluss einer kraftfahrzeugseitigen Energiespeichereinheit für elektrische Energie aufweist. Eine elektrische Heizvorrichtung zum Beheizen des Anschlusselements und zumindest eines Abschnitts des Ladekabels sind ebenfalls vorgesehen, wobei die Heizvorrichtung mittels einer kraftfahrzeugseitigen Steuereinheit angesteuert werden kann, wobei einerseits die Steuereinheit in einer Wirkverbindung und mit einem kraftfahrzeugseitigen Bedienelement steht, mittels dessen die Steuereinheit zum Ansteuern der Heizvorrichtung benutzerseitig betätigt werden kann, und/oder wobei andererseits die Steuereinheit dazu ausgebildet ist, die Heizvorrichtung automatisch zu vorgebbaren oder vorgegebenen Zeitpunkten anzusteuern. Eine Möglichkeit zum Kühlen ist hierbei allerdings nicht vorgesehen, so dass der Ladestrom begrenzt werden muss, was zu vergleichsweise höheren Ladezeiten führt.
Aus der DE 11 2012 003 099 B4 ist eine Fahrzeugladestation bekannt, die eine hochleistungsfähige Ladequelle zum Schnellladen einer elektrischen Batterie eines Elektrofahrzeugs, eine Kühlmittelquelle zum Bereitstellen eines elektrisch isolierenden Kühlmittels und einen Anschluss umfasst, der sowohl einen Abschnitt für die elektrische Speisung zum Zuführen der elektrischen Ladung als auch einen Abschnitt für die Kühlmittelspeisung zum Zuführen eines Kühlmittels umfasst. Der Anschluss zum Laden der elektrischen Batterie und zum Bereitstellen des elektrisch isolierenden flüssigen Kühlmittels kann von der Kühlmittelquelle über eine innerhalb des Elektrofahrzeugs angeordnete Kühlmittelleitung zum Kühlen der elektrischen Batterie während des Ladevorgangs mit einer Aufnahme des Elektrofahrzeugs verbunden werden. Es ist somit eine Kühlung der Batterie vorgesehen, wobei ein äußerer Kühlkreislauf an den Kühlkreislauf des Fahrzeugs angeschlossen wird. Als nachteilig erweist es sich dieses Schnellladesystem dadurch, dass eine aufwendige Trennung zwischen Fluid und elektrischem Anschluss im Bereich des fahrzeugseitigen Ladeanschlussverbinders, also der Schnittstelle zwischen der von der hochleistungsfähigen Ladequelle kommenden Leitung und dem fahrzeugseitigen Ladeanschlussverbinder, erfolgen muss. Hierdurch ergeben sich Sicherheitsaspekte im Hinblick auf die Hochvoltleitung, die von der hochleistungsfähigen Ladequelle kommend mit dem fahrzeugseitigen Ladeanschlussverbinder verbunden werden muss, wobei die Kühlmittelleitungen sicher von den elektrischen Leitungen getrennt werden müssen. Dies ist einerseits aufwendig, andererseits auch teuer. Durch regelmäßiges Öffnen des ansonsten innerhalb des Fahrzeugs üblicherweise geschlossenen Systems der Kühlmittelleitungen ergeben sich weitere Probleme aufgrund von Leckagen, Verunreinigungen und Lufteinschlüssen, die beim Koppeln und Entkoppeln, also Anschließen und Trennen, der Ladeleitung und des fahrzeugseitigen Ladeanschlussverbinders auftreten. Hieraus ergeben sich bei einem eventuellen Beschädigen des Fahrzeugs auch Haftungsaspekte, da keine eindeutige Trennung zwischen Fahrzeug und Infrastruktur der hochleistungsfähigen Ladequelle vorhanden ist, sondern die Kühlung über die Ladeinfrastruktur erfolgt.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgrund zugrunde, ein Kühlsystem zum Kühlen einer fahrzeugseitigen Ladeleitung eines batterieelektrisch betriebenen Fahrzeugs, Fahrzeug-Thermomanagementsystem sowie ein batterieelektrisch betriebenes Fahrzeug mit zumindest einem Kühlsystem vorzusehen, wobei die vorstehend genannten Nachteile der Lösungen des Standes der Technik nicht mehr auftreten und dennoch ein effizientes Kühlen der fahrzeugseitigen Ladeleitung, die sich zwischen der Traktionsbatterie des Fahrzeugs und einem fahrzeugseitigen Ladeanschlussverbinder erstreckt und diese elektrisch miteinander verbindet, ermöglicht wird.
Die Aufgabe wird für ein Kühlsystem zum Kühlen zumindest einer fahrzeugseitigen Ladeleitung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 dadurch gelöst, dass zumindest ein Wärmeübertrager vorgesehen und der zumindest einen fahrzeugseitigen Ladeleitung zuordbar oder zugeordnet ist, wobei der zumindest eine Wärmeübertrager sich zumindest teilweise entlang der Längserstreckung der zumindest einen fahrzeugseitigen Ladeleitung erstreckt. Für ein Fahrzeug-Thermomanagementsystem nach dem Oberbegriff des Anspruchs 14 wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass das Fahrzeug- Thermomanagementsystem zumindest ein solches Kühlsystem zum Kühlen zumindest einer fahrzeugseitigen Ladeleitung umfasst. Für ein batterieelektrisch betriebenes Fahrzeug nach dem Oberbegriff des Anspruchs 15 wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass dieses zumindest ein solches Kühlsystem zum Kühlen der zumindest einen fahrzeugseitigen Ladeleitung umfasst. Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
Dadurch werden ein Kühlsystem zum Kühlen zumindest einer fahrzeugseitigen Ladeleitung eines batterieelektrisch betriebenen Fahrzeugs sowie ein entsprechend mit einem solchen versehenes Fahrzeug- Thermomanagementsystem und batterieelektrisch betriebenes Fahrzeug geschaffen, bei dem bzw. denen es möglich ist, eine strikte Trennung zwischen der elektrischen Kopplung des fahrzeugseitigen Ladeanschlussverbinders und einer außerhalb des Fahrzeugs vorgesehenen, von einer Energiequelle zu diesem führenden Ladeleitung einerseits und dem Kühlen der fahrzeugseitigen Ladeleitung und insbesondere von deren endseitigem fahrzeugseitigen Ladeanschlussverbinder zu ermöglichen. Die in der DE 11 2012 003 099 B4 beschriebene Sicherheits-, Aufwands- und Kostenproblematik treten somit vorliegend nicht mehr auf. Vielmehr wird über den zumindest einen Wärmeübertrager, der der fahrzeugseitigen Ladeleitung zugeordnet ist, ein effizientes Kühlen von dieser ermöglicht. Der zumindest eine Wärmeübertrager erstreckt sich dabei zumindest teilweise entlang der Längserstreckung der zumindest einen fahrzeugseitigen Ladeleitung und ermöglicht hierdurch deren Kühlung insbesondere im Bereich des fahrzeugseitigen Ladeanschlussverbinders. Hierdurch kann die gewünschte Maximaltemperatur im Bereich des fahrzeugseitigen Ladeanschlussverbinders, insbesondere eine Maximaltemperatur von 90 °C, optimal eingehalten werden, da über den zumindest einen Wärmeübertrager ein Kühlen der fahrzeugseitigen Ladeleitung gerade im Bereich des fahrzeugseitigen Ladeanschlussverbinders möglich ist. Somit kann ein effizientes Schnellladen unter Kühlen der fahrzeugseitigen Ladeleitung im sensiblen Bereich des fahrzeugseitigen Ladeanschlussverbinders problemlos erfolgen. Die außerhalb des Fahrzeugs zu diesem führende und mit dem fahrzeugseitigen Ladeanschlussverbinder koppelbare Ladeleitung zum Zuführen elektrischer Energie zu dem Fahrzeug bzw. dessen Traktionsbatterie dient lediglich zum Zuführen elektrischer Energie. Die innerhalb des Fahrzeugs angeordnete fahrzeugseitige Ladeleitung ist lediglich mit dem zumindest einen Wärmeübertrager versehen bzw. der zumindest eine Wärmeübertrager dieser zugeordnet, um ein Kühlen der fahrzeugseitigen Ladeleitung gerade während eines Ladevorgangs zu ermöglichen. Der zumindest eine Wärmeübertrager ist an einen Temperierkreislauf des Fahrzeugs bzw. von dessen Fahrzeug- Thermomanagementsystem angeschlossen und wird insbesondere von Temperiermedium durchströmt. Dieses gelangt jedoch nicht mit der fahrzeugseitigen Ladeleitung in Kontakt, so dass eine strikte Trennung zwischen dem Temperiermedium und den elektrischen Komponenten der Ladeleitung(en) und des zumindest einen fahrzeugseitigen Ladeanschlussverbinders vorgesehen ist.
Vorteilhaft ist zumindest eine Temperatursensoreinrichtung zum Ermitteln der Temperatur im Bereich der fahrzeugseitigen Ladeleitung vorgesehen. Diese stellt eine Messgröße dar, nach der geregelt werden kann bzw. geregelt wird. Besonders bevorzugt kann die zumindest eine Temperatursensoreinrichtung im Bereich des fahrzeugseitigen Ladeanschlussverbinders angeordnet werden. Durch Vorsehen zumindest einer solchen Temperatursensoreinrichtung ist es möglich, die jeweils aktuelle IST-Temperatur der fahrzeugseitigen Ladeleitung, insbesondere im Bereich des endseitig an dieser angeordneten bzw. mit dieser verbundenen fahrzeugseitigen Ladeanschlussverbinders, zu ermitteln. Dementsprechend kann eine optimale Temperaturregelung zum Kühlen der fahrzeugseitigen Ladeleitung, vor allem im Bereich des fahrzeugseitigen Ladeanschlussverbinders, erfolgen. Eine solche Steuerung bzw. Regelung der Temperatur, insbesondere der Vorlauftemperatur des den zumindest einen Wärmeübertrager durchströmenden Temperiermediums kann durch zumindest eine Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung erfolgen.
Es kann zumindest ein Fahrzeug-Thermomanagementsystem vorgesehen und der zumindest eine Wärmeübertrager an das zumindest eine Fahrzeug- Thermomanagementsystem angebunden, mit diesem thermisch und/oder fluidisch verbunden oder in dieses integriert sein. Das Kühlsystem zum Kühlen der fahrzeugseitigen Ladeleitung umfasst den zumindest einen Wärmeübertrager. Der zumindest eine Wärmeübertrager ist somit eingebunden bzw. integriert in das Fahrzeug-Thermomanagementsystem, so dass ein Durchströmen des zumindest einen Wärmeübertrages mit zumindest einem Temperiermedium, das in zumindest einem Temperierkreislauf des Thermomanagementsystems strömt, durchströmt werden kann.
Das zumindest eine Fahrzeug-Thermomanagementsystem kann weiter vorteilhaft zumindest einen Temperierkreislauf mit einem ersten Temperiermedium und die zumindest eine Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung zum Steuern und/oder Regeln von Temperiermedium-Massenstrom m und Temperiermedium- Vorlauftemperatur Tv des in den Wärmeübertrager einströmenden ersten Temperiermediums umfassen, wobei der zumindest eine Wärmeübertrager in einem von dem ersten Temperiermedium durchströmbaren oder durchströmten Wärmeübertrager-Teilkreislauf des zumindest einen Temperierkreislaufs angeordnet ist. Als erstes Temperiermedium kann z.B. Wasser mit Frostschutzmittel, also Wasser/Glykol, innerhalb des Temperierkreislaufs und des Wärmeübertrager-Teilkreislaufs strömen. Eine Regelung bzw. Steuerung des Massenstroms und der Vorlauftemperatur des ersten Temperiermediums, das im Vorlauf zu dem zumindest einen Wärmeübertrager, der der fahrzeugseitigen Ladeleitung zugeordnet ist, in diesen einströmt, kann somit für diesen Wärmeübertrager-Teilkreislauf, der von dem ersten Temperiermedium durchströmt werden kann oder durchströmt wird, gezielt erfolgen. Als Grundlage für die Steuerung bzw. Regelung von Massenstrom und Vorlauftemperatur des ersten Temperiermediums kann insbesondere die durch die zumindest eine Temperatursensoreinrichtung ermittelte IST-Temperatur des ersten Temperiermediums im Rücklauf des Wärmeübertragers, also nach dessen Durchströmen und der Wärmeaufnahme der von der fahrzeugseitigen Ladeleitung abgegebenen Wärme, dienen.
Der zumindest eine Wärmeübertrager kann somit von dem im Temperierkreislauf strömenden ersten Temperiermedium durchströmt werden, um ein Kühlen der fahrzeugseitigen Ladeleitung insbesondere im Bereich des fahrzeugseitigen Ladeanschlussverbinders zu ermöglichen. Grundsätzlich ist es hierbei nicht unbedingt erforderlich, die gesamte fahrzeugseitige Ladeleitung zu kühlen, es reicht in vielen Fällen vielmehr auch aus, den zumindest einen Wärmeübertrager lediglich in einem Teilabschnitt der fahrzeugseitigen Ladeleitung anzuordnen, beispielsweise nur im Bereich des fahrzeugseitigen Ladeanschlussverbinders, da gerade dort die thermische Beanspruchung sowie Verschleiß durch Spiel der Kontaktstifte des fahrzeugseitigen Ladeanschlussverbinders aufgrund zahlreicher Koppel- und Entkoppelvorgänge zum Anschließen und Trennen einer von einer Lade- bzw. Energiequelle zum Fahrzeug geführten Ladeleitung an und von dem fahrzeugseitigen Ladeanschlussverbinder und die sich ergebenden höheren Übergangswiderstände am höchsten sind. Daher erweist sich ein Kühlen gerade im Bereich des mit der fahrzeugseitigen Ladeleitung verbundenen fahrzeugseitigen Ladeanschlussverbinders als besonders vorteilhaft. Durch Anordnen der zumindest einen Temperatursensoreinrichtung zum Detektieren der IST-Temperatur des den zumindest einen Wärmetauscher durchströmenden Temperiermediums gerade im Bereich des fahrzeugseitigen Ladeanschlussverbinders, gegebenenfalls auch in anderen Bereichen der fahrzeugseitigen Ladeleitung, ist es möglich, diese von der zumindest einen Temperatursensoreinrichtung erfasste IST-Temperatur an die zumindest eine Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung zu senden, die den zum Kühlen der fahrzeugseitigen Ladeleitung erforderlichen Temperiermedium-Massenstrom und die zum Kühlen erforderliche Temperiermedium-Vorlauftemperatur des in den Wärmeübertrager einströmenden Temperiermediums geeignet steuert bzw. regelt.
Alternativ zum Anordnen des zumindest einen Wärmeübertragers in einem von dem ersten Temperiermedium durchströmbaren oder durchströmten Wärmeübertrager-Teilreislauf des zumindest einen Temperierkreislaufs des Fahrzeug-Thermomanagementsystems ist es ebenfalls möglich, dass das Fahrzeug-Thermomanagementsystem bzw. dessen Temperierkreislauf zusätzlich zu dem ersten Temperiermedium ein zweites Temperiermedium, wie beispielsweise Thermoöl, und die zumindest eine Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung umfasst, wobei zum Steuern und/oder Regeln von Temperiermedium-Massenstrom m und Temperiermedium-Vorlauftemperatur Tv des in den Wärmeübertrager einströmenden Temperiermediums der zumindest eine Wärmeübertrager in einem von dem zweiten Temperiermedium durchströmbaren oder durchströmenden Wärmeübertrager-Teilkreislauf des zumindest einen Temperierkreislaufs angeordnet ist. Hierdurch ist es somit möglich, einen von dem zumindest einen anderen Teilkreislauf des Temperierkreislaufs des Fahrzeug-Thermomanagementsystems getrennten Wärmeübertrager-Teilkreislauf vorzusehen, der von dem zweiten Temperiermedium durchströmt wird und in dem der zumindest eine Wärmeübertrager angeordnet wird bzw. ist. Die Regelung des Massenstroms m und der Vorlauftemperatur Tv des durch den zumindest einen Wärmeübertrager, der zum Kühlen der fahrzeugseitigen Ladeleitung vorgesehen ist, strömenden zweiten Temperiermediums erfolgt somit in einem separaten Wärmeübertrager- Teilkreislauf bzw. Kühlkreislauf. Der zumindest eine Temperierkreislauf des zumindest einen Fahrzeug-Thermomanagementsystems kann somit zwei Temperiermedien umfassen, die in voneinander getrennten Teilkreisläufen strömen, wobei beispielsweise als zweites Temperiermedium Thermoöl vorgesehen ist, das lediglich im zweiten Teilkreislauf, der zum Kühlen der fahrzeugseitigen Ladeleitung dient und in dem der zumindest eine Wärmeübertrager angeordnet ist, strömt, während der oder die weiteren Teilkreisläufe des zumindest einen Temperierkreislaufs des Fahrzeug- Thermomanagementsystems von dem ersten Temperiermedium, wie beispielsweise einem Wasser-Glykol-Gemisch bzw. Wasser/Glykol, durchströmt wird/werden.
Der zumindest eine Wärmeübertrager zum Kühlen der fahrzeugseitigen Ladeleitung, vor allem im Bereich des fahrzeugseitigen Ladeanschlussverbinders, kann somit angebunden bzw. integriert sein an/in das Fahrzeug- Thermomanagementsystem. Der zumindest eine Wärmeübertrager des Systems zum Kühlen der fahrzeugseitigen Ladeleitung kann von dem ersten Temperiermedium durchströmt werden, wie beispielsweise Wasser/Glykol, das auch zum Kühlen bzw. zum Temperieren zahlreicher Fahrzeugkomponenten dient und dementsprechend ein oder mehrere Teilkreisläufe des zumindest einen Temperierkreislaufs des Fahrzeug-Thermomanagementsystems durchströmt. Daher ist diese Ausführungsvariante gegenüber dem Vorsehen des zweiten Temperiermediums zum Durchströmen des zumindest einen Wärmetauschers des Systems zum Kühlen der fahrzeugseitigen Ladeleitung kostengünstiger, da kein von den anderen Teilkreisläufen getrennter Wärmetauscher-Teilkreislauf mit eigener Komponente zum Fördern des zweiten Temperiermediums durch den Wärmetauscher-Teilkreislauf vorgesehen zu werden braucht. Das zumindest eine Fahrzeug-Thermomanagementsystem kann weiter vorteilhaft zumindest ein Thermomanagementmodul umfassen, wobei der zumindest eine Wärmübertrager im Wärmeübertrager-Teilkreislauf im direkten Vorlauf zum Thermomanagementmodul angeordnet ist. Ein solches Thermomanagementmodul ist eine Einrichtung, in dem die nachstehenden Komponenten in einer baulichen Einheit gebündelt bzw. zusammengefasst sind. Das zumindest eine Thermomanagementmodul dient zum Managen von Massenströmen des durch den zumindest einen Temperierkreislauf des Fahrzeug-Thermomanagementsystems des batterieelektrisch betriebenen Fahrzeugs strömenden Temperiermediums, wobei das zumindest eine Thermomanagementmodul zumindest eine Komponente zur Temperiermediumförderung und zumindest eine Komponente zur Massenstromregelung sowie Fluidkanäle bzw. Fluidwege umfasst. Über an dem Thermomanagementmodul angeordnete Fluidanschlusseinrichtungen können Teilkreisläufe des zumindest einen Temperierkreislaufs des Fahrzeug- Thermomanagementsystems an das Thermomanagementmodul bzw. dessen Fluidwege angeschlossen werden. Innerhalb des Thermomanagementmoduls können die jeweils gewünschten Massenströme an Temperiermedium über die zumindest eine Komponente zur Massenstromregelung, wie zumindest ein Ventil, gesteuert in die an das Thermomanagementmodul angeschlossenen Teilkreisläufe des Temperierkreislaufs eingeströmt werden. Dementsprechend sind an das Thermomanagementmodul die jeweiligen Vorläufe und die jeweiligen Rückläufe der Teilkreisläufe des Temperierkreislaufs angeschlossen. Der Wärmeübertrager-Teilkreislauf, der den zumindest einen Wärmeübertrager zum Kühlen der fahrzeugseitigen Ladeleitung umfasst, wird vorteilhaft im Vorlauf zu dem Thermomanagementmodul bzw. das Thermomanagementmodul im Vorlauf zu dem zumindest einen Wärmeübertrager des Wärmeübertrager-Teilkreislaufs angeordnet. Hierdurch ist es möglich, dass die von der fahrzeugseitigen Ladeleitung abgegebene und durch den Wärmeübertrager, der die Ladeleitung kühlt, aufgenommene Wärme zum Thermomanagementmodul gefördert wird und von diesem Temperiermedium mit einer gewünschten geringeren Vorlauftemperatur zu dem zumindest einen Wärmeübertrager, der das Temperiermedium kühlt, zum Kühlen der fahrzeugseitigen Ladeleitung zurückströmen kann. Das Fördern des Temperiermediums erfolgt über die zumindest eine Komponente zur Temperiermediumförderung des Thermomanagementmoduls, wie insbesondere zumindest eine Pumpeinrichtung.
Anstelle des Vorsehens eines Thermomanagementmoduls kann auch lediglich zumindest ein Schaltventil als Teil des zumindest einen Fahrzeug- Thermomanagementmoduls vorgesehen sein, wobei der zumindest eine Wärmeübertrager in einem Wärmeübertrager-Teilkreislauf im direkten Vorlauf zu dem Schaltventil angeordnet ist. Der zumindest eine Temperierkreislauf des Fahrzeug-Thermomanagementmoduls umfasst somit das zumindest eine Schaltventil, über das ein Zuschalten des Wärmeübertrager-Teilkreislaufs erfolgen kann, ebenso wie ein Trennen von dem Temperierkreislauf. Gegenüber dem Vorsehen lediglich insbesondere eines separaten Schaltventils zum Zuschalten bzw. Abschalten des separaten Wärmeübertrager-Teilkreislaufs, in dem der zumindest eine Wärmeübertrager zum Kühlen der fahrzeugseitigen Ladeleitung angeordnet ist, erweist sich das Anschließen dieses Wärmeübertrager-Teilkreislaufs an ein Thermomanagementmodul als vorteilhaft, da über ein solches Thermomanagementmodul ein einfacheres und gezieltes Zuführen eines jeweils geeigneten Temperiermedium-Massenstroms mit einer zum Kühlen der fahrzeugseitigen Ladeleitung geeigneten Temperiermedium- Vorlauftemperatur zu dem Wärmeübertrager möglich ist.
Ein Schalten des zumindest einen Wärmeübertragers zum Kühlen der fahrzeugseitigen Ladeleitung in Reihe zu anderen Wärmeübertragern des zumindest einen Temperierkreislaufs des Fahrzeug-Thermomanagementsystems erweist sich gegenüber einer Parallelschaltung in einem separaten Wärmeübertrager-Teilkreislauf als nachteilig, da gerade der fahrzeugseitige Ladeanschlussverbinder in Kombination mit der fahrzeugseitigen Ladeleitung sensibler auf Temperaturschwankungen während eines Schnellladevorgangs reagiert als die übrigen Fahrzeugkomponenten. Ferner ist im Vergleich zu den übrigen Fahrzeugkomponenten üblicherweise eine andere Einstellung beim Steuern bzw. Regeln der entsprechenden Vorlauftemperatur des Temperiermediums, das den zumindest einen Wärmeübertrager zum Kühlen der fahrzeugseitigen Ladeleitung durchströmt, erforderlich. Dies ergibt sich insbesondere bereits daraus, dass die Temperatur im Bereich des fahrzeugseitigen Ladeanschlussverbinders maximal 90 °C betragen sollte, so dass sich eine Parallelschaltung des Wärmeübertrager-Teilkreislaufs, der den zumindest einen Wärmeübertrager zum Kühlen der fahrzeugseitigen Ladeleitung und des fahrzeugseitigen Ladeanschlussverbinders umfasst, als vorteilhafter erweist. Ferner erfolgt ein Laden der Fahrzeugbatterie bzw. Traktionsbatterie des Fahrzeugs mittels einer externen Lade- bzw. Energiequelle üblicherweise im Stillstand des Fahrzeugs, in dem die übrigen Fahrzeugkomponenten, bis auf die Traktionsbatterie und die fahrzeugseitige Ladeleitung sowie der fahrzeugseitige Ladeanschlussverbinder, üblicherweise nicht gekühlt werden müssen. Während des Ladevorgangs im Stillstand des Fahrzeugs ist es somit meist nicht erforderlich, andere Teilkreisläufe des Thermomanagementsystems zu betreiben, da diese während des Ladevorgangs nicht temperiert werden müssen. Das Kühlen kann insbesondere unter Vorsehen eines Chillers, also eines Kältemittelverdampfers, der hier zum Kühlen des Temperiermediums verwendet wird, als Komponente des Fahrzeug-Thermomanagementsystems erfolgen.
Weiter vorteilhaft sind der zumindest eine Wärmeübertrager in einem Wärmeübertrager-Teilkreislauf des zumindest einen Temperierkreislaufs des Fahrzeug-Thermomanagementsystems und ein Batterietemperierkreislauf des Fahrzeug-Thermomanagementsystems zum Temperieren eines die zumindest eine Batterie umfassenden Batteriesystems parallel zueinander geschaltet. Der zumindest eine Wärmeübertrager in dem Wärmeübertrager-Teilkreislauf des zumindest einen Temperierkreislaufs des Fahrzeug-Thermomanagementsystems und die Traktionsbatterie bzw. das diese umfassende Batteriesystem in einem Batterietemperierkreislauf des Fahrzeug-Thermomanagementsystems, der zum Temperieren der zumindest einen Traktionsbatterie vorgesehen ist, können somit parallel zueinander geschaltet sein oder werden, also der den zumindest einen Wärmeübertrager umfassende Wärmeübertrager-Teilkreislauf und der das Batteriesystem umfassende Batterietemperierkreislauf. Über den zumindest einen Chiller ist ein Zuführen von gekühltem Temperiermedium zum Kühlen sowohl der fahrzeugseitigen Ladeleitung bzw. des fahrzeugseitigen Ladeanschlussverbinders als auch des Batteriesystems bzw. der Traktionsbatterie des Fahrzeugs über diese beiden parallel geschalteten Teilkreisläufe des Temperierkreislaufs des Fahrzeugs möglich. Bei Versehen eines Thermomanagementmoduls des Fahrzeug-Thermomanagementsystems ist eine direkte und selektive Ansteuerung der einzelnen Teilkreisläufe optimal möglich.
Der den zumindest einen Wärmeübertrager umfassende Wärmeübertrager- Teilkreislauf des zumindest einen Temperierkreislaufs des Fahrzeug- Thermomanagementsystems kann vorteilhaft direkt und unabhängig von dem zumindest einen weiteren Teilkreislauf des zumindest einen Temperierkreislaufs des Fahrzeug-Thermomanagementsystems betrieben werden. Ferner ist es möglich, dass der den zumindest einen Wärmeübertrager umfassende Wärmeübertrager-Teilkreislauf des zumindest einen Temperierkreislaufs des Fahrzeug-Thermomanagementsystems direkt und unabhängig von weiteren Temperierkomponenten des Fahrzeug-Thermomanagementsystems betrieben wird. Durch das Anordnen des zumindest einen Wärmeübertragers in dem separaten Wärmeübertrager-Teilkreislauf des zumindest einen Temperierkreislaufs des Fahrzeug-Thermomanagementsystems ist es somit möglich, diesen völlig unabhängig von anderen Temperierkomponenten und Teilkreisläufen des zumindest einen Temperierkreislaufs des Fahrzeug- Thermomanagementsystems zu betreiben und über diesen gezielt und direkt die fahrzeugseitige Ladeleitung bzw. den fahrzeugseitigen Ladeanschlussverbinder zu kühlen. Der zumindest eine Wärmeübertrager-Teilkreislauf kann somit unabhängig von weiteren Teilkreisläufen des zumindest einen Temperierkreislaufs des Fahrzeug-Thermomanagementsystems, die ebenfalls Temperieraufgaben erfüllen, betrieben werden und auch unabhängig von weiteren Temperierkomponenten, die Temperieraufgaben bezüglich Fahrzeugkomponenten erfüllen.
Das Fahrzeug-Thermomanagementsystem umfasst weiter vorteilhaft zumindest einen Chiller und/oder zumindest einen Fronend-Wärmetauscher, wobei im Stillstand des Fahrzeugs und/oder bei Inaktivität zumindest eines weiteren Teilkreislaufs des zumindest einen Temperierkreislaufs des Fahrzeug- Thermomanagementsystems der zumindest eine Chiller und/oder der zumindest eine Frontend-Wärmetauscher zum Kühlen des den Wärmeübertrager- Teilkreislauf durchströmenden Temperiermediums dient/dienen. Das den zumindest einen Wärmeübertrager im Wärmeübertrager-Teilkreislauf des Temperierkreislaufs des Fahrzeug-Thermomanagementsystems durchströmende Temperiermedium kann somit über den zumindest einen Chiller und den zumindest einen Frontend-Wärmetauscher gekühlt werden, gerade im Falle des Stillstands des Fahrzeugs bzw. dann, wenn die weiteren Teilkreisläufe des Temperierkreislaufs des Fahrzeug-Thermomanagementsystems nicht aktiv sind. Der Frontend-Wärmetauscher des Fahrzeugs ermöglicht es, einen Wärmetausch mit der Umgebungsluft des Fahrzeugs vorzusehen, während der zumindest eine Chiller es ermöglicht, einen Wärmetausch mit einem Kältemittel, das in einem Kältemittelkreislauf des Fahrzeugs bzw. des Fahrzeug- Thermomanagementsystems strömt, vorzunehmen. Beispielsweise ist es möglich, zunächst einen Wärmetausch im Bereich des Frontend-Wärmetauschers vorzunehmen und danach im Bereich des bzw. im zumindest einen Chiller(s), um ein optimales Kühlen des Temperiermediums zum Einströmen in den Wärmeübertrager-Teilkreislauf zum Kühlen der fahrzeugseitigen Ladeleitung und des fahrzeugseitigen Ladeanschlussverbinders zu ermöglichen. Im Bereich des Frontend-Wärmetauschers kann beispielsweise eine Reduzierung der Temperatur des dort strömenden Temperiermediums von 60 °C auf 40 °C mittels Durchströmens des Frontend-Wärmetauschers mit Umgebungsluft und somit entsprechenden Wärmetausch mit dieser erfolgen. Durch entsprechende Ventilstellung bzw. Einstellung der zumindest einen Komponente zur Massenstromregelung, insbesondere des zumindest einen Thermomanagementmoduls, des Fahrzeug-Thermomanagementsystems ist ein selektives und gezieltes Durchströmen des zumindest einen Frontend- Wärmetauschers und/oder des zumindest einen Chillers mit Temperiermedium möglich, das danach entsprechend gekühlt in den Wärmetauscher-Teilkreislauf einströmen kann.
Der zumindest eine Wärmeübertrager kann z.B. einseitig an der fahrzeugseitigen Ladeleitung angeordnet sein oder werden. Ferner ist es möglich, die fahrzeugseitige Ladeleitung mit dem zumindest einen Wärmeübertrager zu umgeben. Dieser kann insbesondere konzentrisch die fahrzeugseitige Ladeleitung umschließen. Der zumindest eine Wärmeübertrager kann somit nach Art einer Ummantelung der fahrzeugseitigen Ladeleitung vorgesehen werden. Ferner kann der Wärmeübertrager innerhalb der fahrzeugseitigen Ladeleitung angeordnet sein oder werden. Der sich vollständig ummantelnd oder nur teilweise am Umfang der fahrzeugseitigen Ladeleitung oder innerhalb der fahrzeugseitigen Ladeleitung erstreckende Wärmeübertrager kann sich über die gesamte Länge der fahrzeugseitigen Ladeleitung erstrecken. Jedoch kann es auch bereits ausreichend sein, wenn dieser sich lediglich über einen Teilabschnitt der Länge der fahrzeugseitigen Ladeleitung erstreckt.
Zur näheren Erläuterung der Erfindung werden im Folgenden Ausführungsbeispiele von dieser näher anhand der Zeichnungen beschrieben. Diese zeigen in:
Figur 1 eine Prinzipskizze eines Fahrzeug-Thermomanagementsystems des Standes der Technik,
Figur 2 eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kühlsystems zum Kühlen einer fahrzeugseitigen Ladeleitung als Teil eines Fahrzeug- Thermomanagementsystems eines batterieelektrisch betriebenen Fahrzeugs,
Figur 2a eine Detailansicht des Fahrzeug-Thermomanagementsystems gemäß Figur 2 im Bereich eines Thermomanagementmoduls von diesem,
Figur 3 eine Prinzipskizze eines Thermomanagementmoduls zur Verwendung in einem erfindungsgemäßen Fahrzeug-Thermomanagementsystem, umfassend ein erfindungsgemäßes Kühlsystem zum Kühlen einer fahrzeugseitigen Ladeleitung,
Figur 4 eine Prinzipskizze einer zweiten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kühlsystems zum Kühlen einer fahrzeugseitigen Ladeleitung, wobei das Kühlsystem Teil eines Fahrzeug- Thermomanagementsystems ist,
Figur 5 eine Prinzipskizze einer dritten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kühlsystems zum Kühlen einer fahrzeugseitigen Ladeleitung, wobei das Kühlsystem Teil eines Fahrzeug- Thermomanagementsystems ist,
Figur 6 eine Prinzipskizze einer Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung zum Steuern und Regeln von Massenströmen und Vorlauftemperatur eines Temperiermediums zum Kühlen einer fahrzeugseitigen Ladeleitung mit einem erfindungsgemäßen Kühlsystem, und Figur 7 eine Prinzipskizze eines erfindungsgemäßen batterieelektrisch betriebenen Fahrzeugs mit erfindungsgemäßem Kühlsystem zum Kühlen von dessen fahrzeugseitiger Ladeleitung.
Figur 1 zeigt eine Prinzipskizze eines bekannten Fahrzeug- Thermomanagementsystems 1 , das eine Traktionsbatterie 10 als Teil eines Batteriesystems 11 , einen Chiller 12, einen PTC-Zuheizer 13, einen Inverter 14, einen Charger 15, eine Leistungselektronik 16, einen Elektromotor 17 und einen Frontend-Wärmetauscher 18 als Kühler zum Wärmetausch mit der Umgebungsluft umfasst. Ferner umfasst das Fahrzeug- Thermomanagementsystem 1 drei Ventile 19, 20, 21 als Komponenten zur Massenstromregelung zum Regeln der Massenströme an Temperiermedium zum Temperieren der Fahrzeugkomponenten, die in den Teilkreisläufen des Temperierkreislaufs 100 angeordnet sind, sowie zwei Pumpeinrichtungen 22, 23 als Komponenten zur Temperiermediumförderung innerhalb der einzelnen Medienleitungen des Fahrzeug-Thermomanagementsystems 1 bzw. von dessen Temperierkreisläufen. Wie in Figur 1 angedeutet, sind das Batteriesystem 11 bzw. dessen Traktionsbatterie 10 in einem Batterietemperierkreislauf 24 angeordnet.
Ein Temperieren des Batteriesystems 11 bzw. von dessen Traktionsbatterie 10 ist sowohl über den Chiller 12 als auch den PTC-Zuheizer 13 möglich. Ein Temperieren des Chargers 15, der Leistungselektronik 16 und des Elektromotors 17 ist über einen weiteren Teilkreislauf 25 des Temperierkreislaufs 100 möglich. Das über den Frontend-Wärmetauscher 18 durch Umgebungsluft üblicherweise gekühlte Temperiermedium strömt in diesem Bereich in einem eigenen Teilkreislauf 26, der dem Frontend-Wärmetauscher 18 zugeordnet ist. Die Teilkreisläufe 24, 25, 26 werden jeweils über die Ventile 19, 20, 21 mit entsprechenden Massenströmen an Temperiermedium versorgt, wobei ein Strömen des Temperiermediums durch die beiden Pumpeinrichtungen 22, 23 in den Teilkreisläufen 24, 25 ermöglicht wird.
In Figur 2 ist ein Teilausschnitt des Fahrzeug-Thermomanagementsystems 1 eines batterieelektrisch betriebenen Fahrzeugs 8 (siehe Figur 7) gezeigt, wobei dieses erfindungsgemäß ein Kühlsystem 3 zum Kühlen einer fahrzeugseitigen Ladeleitung 4 umfasst. Die fahrzeugseitige Ladeleitung 4 ist innerhalb des Fahrzeugs 8 angeordnet und einerseits endseitig mit einem fahrzeugseitigen Ladeanschlussverbinder 5 verbunden, andererseits mit der Traktionsbatterie 10 bzw. dem Batteriesystem 11 , wie ebenfalls in Figur 2 angedeutet und auch Figur 7 entnommen werden kann. Über den fahrzeugseitigen Ladeanschlussverbinder 5 ist ein Verbinden mit einer außerhalb des batterieelektrisch betriebenen Fahrzeugs 8 befindlichen Ladeleitung, die zum Laden der Traktionsbatterie 10 des Fahrzeugs 8 von einer Lade- oder Energiequelle elektrische Energie in Richtung der Traktionsbatterie 10 des Fahrzeugs leiten soll, verbindbar. Um eine übermäßige Wärmeentwicklung am fahrzeugseitigen Ladeanschlussverbinder 5 zu vermeiden, wird die fahrzeugseitige Ladeleitung 4 bei einem Schnellladen der Traktionsbatterie 10 durch das Kühlsystem 3 gekühlt. Dieses umfasst in der in Figur 2 gezeigten Ausführungsform einen sich entlang der fahrzeugseitigen Ladeleitung 4 erstreckenden Wärmeübertrager 30 (siehe auch Figur 7). Der Wärmeübertrager 30 kann sich, wie in Figur 2 angedeutet, über im Wesentlichen die gesamte Länge der fahrzeugseitigen Ladeleitung 4 erstrecken. Ebenfalls ist es möglich, diesen lediglich über einen Teilabschnitt der Länge der fahrzeugseitigen Ladeleitung 4 anzuordnen. Hierbei eignet sich insbesondere eine Anordnung im Bereich des fahrzeugseitigen Ladeanschlussverbinders 5, um gerade diesen Bereich kühlen zu können. Zu diesem Zweck wird der Wärmeübertrager 30 von einem Temperiermedium durchströmt. Er ist hierzu in einem Wärmeübertrager- Teilkreislauf 31 angeordnet, wobei der Wärmeübertrager-Teilkreislauf 31 ein Teilkreislauf des Temperierkreislaufs 100 des Fahrzeug- Thermomanagementsystems 1 ist. In den Teilkreisläufen des Temperierkreislaufs 100 und dem Wärmeübertrager-Teilkreislauf 31 strömt Temperiermedium T.
Das in dem Wärmeübertrager-Teilkreislauf 31 strömende Temperiermedium T kann einerseits über den Chiller 12, andererseits über den Frontend- Wärmetauscher 18 des Fahrzeug-Thermomanagementsystems 1 gekühlt werden. Letzteres umfasst ein Thermomanagementmodul 110. Der Chiller 12 ist in einen Chiller-Teilkreislauf 125 und in einen Kältemittelkreislauf 27, in dem Kältemittel KM strömt, eingebunden. Der Kältemittelkreislauf 27 ist in den Figuren 2 und 2a lediglich teilweise, nämlich im Bereich des Chillers 12, gezeigt. Weitere Komponenten des Kältemittelkreislaufs 27 sind der Übersichtlichkeit halber weggelassen. Der Frontend-Wärmetauscher 18 ist in seinem Teilkreislauf 26 angeordnet. Beide Teilkreisläufe 26 und 125, in denen das Temperiermedium T strömt, sind an das Thermomanagementmodul 110 angekoppelt. Dies kann insbesondere auch der Detailansicht in Figur 2a entnommen werden, in der das Thermomanagementmodul 110 vergrößert gezeigt ist.
Der Wärmeübertrager 30 in seinem Wärmeübertrager-Teilkreislauf 31 ist im Vorlauf des Thermomanagementmoduls 110 angeordnet, so dass die über den Wärmeübertrager 30 von der fahrzeugseitigen Ladeleitung 4 im Temperiermedium aufgenommene Wärme über eine Medienleitung 32 des Wärmeübertrager-Teilkreislaufs 31 in das Thermomanagementmodul 110 einströmt. In Bezug auf den Wärmeübertrager 30 und die fahrzeugseitige Ladeleitung 4 ist das Thermomanagementmodul 110 in dessen bzw. deren Rücklauf angeordnet. Über eine Medienleitung 33 des Wärmeübertrager- Teilkreislaufs 31 strömt das innerhalb der Thermomanagementmoduls 110 entsprechend mit einer gewünschten Vorlauftemperatur versehene Temperiermedium mit einem entsprechenden Massenstrom aus dem Thermomanagementmodul 110 heraus in Richtung des Wärmeübertragers 30 zurück. Auf den Wärmeübertrager 30 bezogen ist das Thermomanagementmodul 110 somit im Vorlauf von diesem angeordnet.
Wie insbesondere Figur 2a weiter entnommen werden kann, sind der Wärmeübertrager-Teilkreislauf 31 und der Batterietemperierkreislauf 24 vorzugsweise parallel zueinander geschaltet, so dass durch den Chiller 12 heruntergekühltes Temperiermedium sowohl in den Wärmeübertrager- Teilkreislauf 31 als auch parallel dazu in den Batterietemperierkreislauf 24 einströmen kann. Insbesondere im Stillstand eines batterieelektrisch betriebenen Fahrzeugs ist daher ein Kühlen sowohl der Traktionsbatterie 10 als auch der fahrzeugseitigen Ladeleitung 4 und dementsprechend auch des fahrzeugseitigen Ladeanschlussverbinders 5 bei einem Schnellladevorgang der Traktionsbatterie 10 möglich. In der in Figur 2a gezeigten Schaltstellung von Ventilen 111 , 112, 113 und Pumpeinrichtungen 114, 115 innerhalb des Thermomanagementmoduls 110 ist die Schaltstellung zum Kühlen sowohl der Traktionsbatterie 10 als auch der fahrzeugseitigen Ladeleitung 4 gezeigt. Das über den Chiller 12 gekühlte Temperiermedium strömt somit in den Vorlauf des Batterietemperierkreislaufs 24 ein und das nach Durchströmen der Leitungen des Batteriesystems 11 (in Figur 2 gestrichelt gezeigt) darin erwärmte Temperiermedium strömt somit im Rücklauf des Batterietemperierkreislaufs 24 von diesem in das Thermomanagementmodul 110 zurück, gefördert von der Pumpeinrichtung 115. Je nach Ventilstellung des Ventils 112 kann es von dort weiter in den Vorlauf des Teilkreislaufs 26 strömen, der den Frontend-Wärmetauscher 18 umfasst, um in diesem einen Wärmetausch mit der Umgebungsluft des Fahrzeugs vorzunehmen, und/oder über das Ventil 113 in den Chiller-Teilkreislauf 125 einströmen, um dort einen Wärmetausch vorzunehmen bzw. abgekühlt zu werden. Von dem Frontend-Wärmetauscher 18 strömt das darin heruntergekühlte Temperiermedium im Rücklauf wieder in das Thermomanagementmodul 110 zurück und kann, nach Passieren des Ventils 113, zusammen dem aus dem Wärmeübertrager-Teilkreislauf 31 ankommenden erwärmten Temperiermedium oder ohne dieses in den Chiller 12 einströmen, um darin im Wärmetausch mit dem Kältemittelkreislauf 27, der ebenfalls den Chiller 12 durchströmt, abgekühlt werden zu können. Nachfolgend kann das abgekühlte Temperiermedium wieder in das Thermomanagementmodul 110 zurückströmen und von dort, angetrieben durch die Pumpeinrichtung 114 und gesteuert über das Ventil 111 , in einen der beiden oder beide Teilkreisläufe 24, 31 des Temperierkreislaufs 100 wieder einströmen.
In Figur 3 ist eine alternative Ausführung des Thermomanagementmoduls 110 mit den beiden darin enthaltenen Pumpeinrichtungen 114, 115 sowie den drei Ventilen 111 , 112, 113 gezeigt. Diese sind anders als in Figur 2a in die Fluidwege innerhalb des Thermomanagementmoduls 110 eingebunden. Bei der Ausführungsform des Thermomanagementmoduls 110 nach Figur 3 ist eine Temperatursensoreinrichtung 6 vorgesehen, um die Temperatur des Temperiermediums, das in den Wärmeübertrager-Teilkreislauf 31 strömen kann, erfassen zu können. Hierüber kann die Vorlauftemperatur des Temperiermediums, das in den Wärmeübertrager-Teilkreislauf 31 einströmt, entsprechend überwacht werden, um eine zum Kühlen der fahrzeugseitigen Ladeleitung 4 geeignete Temperierung vorsehen zu können. Die Ventile 111 , 112, 113 können Standardventile sein, also insbesondere 4/2- Wegeventile, 4/3-Wegeventile oder 3/2-Wegeventile. Ferner ist es möglich, das Temperiermedium durch das Thermomanagementmodul 110 auch ohne Abfragen der Temperatursensoreinrichtung 6 zu leiten, wenn beispielsweise kein Ladevorgang der Traktionsbatterie 10 erfolgt, somit der Wärmeübertrager 30 nicht mit entsprechend temperiertem und zum Kühlen der fahrzeugseitigen Ladeleitung 4 und des fahrzeugseitigen Ladeanschlussverbinders 5 geeignetem Temperiermedium durchströmt werden soll.
In Figur 4 ist ein gegenüber der Ausführungsvariante nach Figur 2 und 2a modifiziertes Kühlsystem 3 zum Kühlen der fahrzeugseitigen Ladeleitung 4 gezeigt. Hierbei strömen innerhalb des Temperierkreislaufs 100 zwei verschiedene Temperiermedien, beispielsweise Wasser und/oder ein Gemisch aus Wasser/Glykol als ein erstes Temperiermedium T1 und Thermoöl als ein zweites Temperiermedium T2. Diese beiden Temperiermedien strömen in unterschiedlichen Teilkreisläufen, wobei das zweite Temperiermedium T2, insbesondere Thermoöl, innerhalb des Wärmeübertrager-Teilkreislaufs 31 strömt und das erste Temperiermedium T1 in allen anderen Teilkreisläufen des Temperierkreislaufs 100, wie insbesondere auch dem Batterietemperierkreislauf 24 strömt. Der Wärmeübertrager-Teilkreislauf 31 ist hierbei nicht in das Thermomanagementmodul 110 eingegliedert, sondern separat von diesem ausgebildet. Um dennoch ein Kühlen dieses zweiten Temperiermediums T2 innerhalb des Wärmeübertrager-Teilkreislaufs 31 zu ermöglichen, sind zwei Chiller 28, 29 vorgesehen, wobei ein erster Chiller 28 zum Kühlen des innerhalb des Wärmeübertrager-Teilkreislaufs 31 strömenden zweiten Temperiermediums T2 dient und ein zweiter Chiller 29 zum Kühlen des innerhalb der weiteren Teilkreisläufe, insbesondere des Batterietemperierkreislaufs 24, strömenden ersten Temperiermediums T1 dient. Sowohl der erste Chiller 28 als auch der zweite Chiller 29 werden von Kältemittel KM des Kältemittelkreislaufs 27 durchströmt. Das Kältemittel KM kann zunächst den ersten Chiller 28 durchströmen, danach den zweiten Chiller 29 und nach dessen Durchströmen ein Expansionsorgan bzw. einen Kompressor und nachfolgend wieder den ersten Chiller 28. Anstelle der in Figur 4 gezeigten Strömungsrichtung des Kältemittels KM innerhalb des Kältemittelkreislaufs 27 ist auch eine umgekehrte Strömungsrichtung möglich, bei der zunächst der zweite Chiller 29 und nachfolgend der erste Chiller 28 durchströmt wird.
Während der erste Chiller 28 zum Kühlen des ebenfalls durch diesen hindurchströmenden zweiten Temperiermediums T2 zum Kühlen des Wärmeübertragers 30 dient, dient der zweite Chiller 29 zum Kühlen des unter anderem durch den Batterietemperierkreislauf 24 strömenden ersten Temperiermediums T1. Auch dies ist Figur 4 besonders gut zu entnehmen. Ferner kann Figur 4 entnommen werden, dass an dem Thermomanagementmodul 110 weitere Teilkreisläufe angeschlossen sein können, die zum Temperieren weiterer Fahrzeugkomponenten dienen.
Zum Fördern des ersten Temperiermediums T1 kann das Thermomanagementmodul 110 wiederum zumindest eine Pumpeinrichtung umfassen, ebenso wie eine Anzahl von Ventilen, um jeweils die gewünschten Massenströme an erstem Temperiermedium in die jeweiligen Teilkreisläufe, wie insbesondere den Batterietemperierkreislauf 24, einströmen lassen zu können. Da der Wärmeübertrager-Teilkreislauf 31 vollständig getrennt von dem Thermomanagementmodul 110 als separates geschlossenes System, in dem das zweite Temperiermedium T2, wie beispielsweise Thermoöl, strömt, vorgesehen ist, umfasst der Wärmeübertrager-Teilkreislauf 31 eine eigene Pumpeinrichtung 34. Wie Figur 4 weiter entnommen werden kann, strömt das zweite Temperiermedium T2 innerhalb des Wärmeübertrager-Teilkreislauf 31 von dem ersten Chiller 28 in Richtung des Wärmeübertragers 30 und von diesem zurück über die Pumpeinrichtung 34 in Richtung des ersten Chillers 28. Alternativ zu dem Vorsehen der beiden Chiller 28, 29 kann auch ein zum Durchleiten dreier Medien geeigneter Wärmeübertrager bzw. Chiller vorgesehen werden, also zum Durchleiten sowohl des ersten als auch des zweiten Temperiermediums und des Kältemittels KM aus dem Kältemittelkreislauf 27.
In Figur 5 ist eine weitere alternative Ausführungsvariante des Fahrzeug- Thermomanagementsystems 1 mit dem Kühlsystem 3 zum Kühlen der fahrzeugseitigen Ladeleitung 4 gezeigt. Beispielhaft ist in dieser Ausführungsvariante der Wärmeübertrager 30 nicht nur außenseitig teilweise sich über den Umfang der fahrzeugseitigen Ladeleitung 4 erstreckend an dieser angeordnet, wie in den Figuren 2 und 4 angedeutet, sondern umschließt diese über einen Teilabschnitt ihrer Längserstreckung hinweg. Dies soll lediglich verdeutlichen, dass der Wärmeübertrager 30 manschettenartig die fahrzeugseitige Ladeleitung 4 umgeben bzw. umschließen kann oder sich lediglich entlang von dieser außenseitig sich über einen Teilabschnitt des Umfangs der fahrzeugseitigen Ladeleitung 4 erstreckend vorgesehen sein kann. Ebenfalls ist es möglich, dass der Wärmeübertrager 30 innerhalb der fahrzeugseitigen Ladeleitung 4 angeordnet wird oder ist.
Die in Figur 5 gezeigte Ausführungsvariante des Fahrzeug- Thermomanagementsystems 1 ist eine ohne Thermomanagementmodul 110 ausgebildete Variante, bei der also einzelne Ventile 119, 120, 122, 124 und Pumpeinrichtungen 121 , 123 des Fahrzeug-Thermomanagementsystems 1 jeweils separat an unterschiedlichen Stellen des Fahrzeugs angeordnet sind. Der Temperierkreislauf 100 umfasst auch bei dieser Ausführungsvariante des Fahrzeug-Thermomanagementsystems 1 mehrere Teilkreisläufe, u.a. den Batterietemperierkreislauf 24, in dem das Temperiermedium zum Kühlen den Chiller 12 durchströmen kann. Zum Heizen ist ein Durchströmen des PTC- Zuheizers 13 möglich, wobei das Temperiermedium über das Ventil 119 entsprechend zum Chiller 12 oder zum PTC-Zuheizer 13 geleitet werden kann. In das Ventil 119 strömt das Temperiermedium nach Durchströmen des Batteriesystems 11 ein. Im Batterietemperierkreislauf 24 kann das
Temperiermedium in Strömungsrichtung hinter dem Chiller 12, gesteuert über ein Ventil 120 entweder in Richtung einer Pumpeinrichtung 121 zum Fördern des Temperiermediums in Richtung des Batteriesystems 11 und/oder in Richtung des Wärmeübertragers 30 und somit in den Wärmeübertrager-Teilkreislauf 31 einströmen. Durch das Ventil 120 ist ein Aufteilen des Massenstroms an über den Chiller 12 gekühltem Temperiermedium einerseits auf den Batterietemperierkreislauf 24 mit dem Batteriesystem 11 , andererseits auf den Wärmeübertrager-Teilkreislauf 31 mit dem Wärmeübertrager 30 möglich. Von dem Wärmeübertrager 30 strömt das Temperiermedium zurück in Richtung des Ventils 119. Der Batterietemperierkreislauf 24 und der Wärmeübertrager- Teilkreislauf 31 sind somit bei der Ausführungsvariante des Kühlsystems 3 zum Kühlen der fahrzeugseitigen Ladeleitung 4 über den Wärmeübertrager 30 somit zueinander parallelgeschaltet.
Über das Ventil 119 kann das einerseits im Batteriesystem 11 , andererseits durch den Wärmeübertrager 30 erwärmte Temperiermedium auch zu dem Ventil 122 geleitet werden. Von dort kann über die Pumpeinrichtung 123 gefördert bzw. angetrieben in Richtung der in Reihe zueinander geschalteten Fahrzeugkomponenten des Chargers 15, der Leistungselektronik 16 und des Elektromotors 17 strömen. Nach dessen Durchströmen kann das entsprechend erwärmte Temperiermedium zu dem weiteren Ventil 124 und von dort einerseits durch den Teilkreislauf 26 mit dem Frontend-Wärmetauscher 18 zurück zum Ventil 124 oder direkt in Richtung des Inverters 14 und nach dessen Passieren zu dem Ventil 120 zurückströmen. Das Ventil 120 kann beispielsweise ein 2/3- Wegeventil sein.
Der Ausführungsvariante nach Figur 5 kann somit entnommen werden, dass auch ohne Vorsehen des Thermomanagementmoduls 110 das Kühlsystem 3 zum Kühlen der fahrzeugseitigen Ladeleitung 4 über entsprechende Ventile und entsprechende Ventilschaltung in den Temperierkreislauf 100 des Fahrzeug- Thermomanagementsystems 1 integriert werden kann, insbesondere unter Parallelschaltung des Wärmeübertrager-Teilkreislaufs 31 und des Batterietemperierkreislaufs 24.
In Figur 6 ist eine weitere Ausführungsform des Kühlsystems 3 zum Kühlen der fahrzeugseitigen Ladeleitung 4 unter Vorsehen einer Temperaturüberwachung skizziert. Die Anordnung umfasst eine Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung 7 zum Steuern und/oder Regeln sowohl der Massenströme m als auch der Vorlauftemperatur Tv des Temperiermediums zum Temperieren der fahrzeugseitigen Ladeleitung 4 über den Wärmeübertrager 30. Zum Erfassen der IST-Temperatur des Temperiermediums im Rücklauf des Wärmeübertrager- Teilkreislaufs 31 ist in Strömungsrichtung hinter dem Wärmeübertrager 30 eine Temperatursensoreinrichtung 60 angeordnet. Eine weitere Temperatursensoreinrichtung 61 ist im Bereich des Batteriesystems 11 vorgesehen, um dessen Rücklauftemperatur ermitteln zu können. Die Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung 7 empfängt in der in Figur 6 gezeigten Anordnung die Temperaturdaten von den beiden Temperatursensoreinrichtungen 60, 61 aus dem jeweiligen Rücklauf des Wärmeübertrager-Teilkreislaufs 31 und des Batterietemperierkreislaufs 24 und sendet entsprechende Signale zum Ansteuern der Ventile und Pumpeinrichtungen auf dem Thermomanagementmodul 110 zum Regeln von Massenstrom und Vorlauftemperatur des Wärmeübertragers 30 an das Thermomanagementmodul 110. Über eine Signalleitung 70 wird die IST- Temperaturen der Traktionsbatterie 10 bzw. am Batteriesystem 11 an die Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung 7 gesendet, über eine Signalleitung 72 die IST-Temperaturen im Bereich des fahrzeugseitigen Ladeanschlussverbinders 5 und über eine Signalleitung 71 Ansteuerungssignale von der Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung 7 an das Thermomanagementmodul 110.
Die Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung 7 dient dazu, die Ventile und Pumpeinrichtungen des Thermomanagementmoduls 110 entsprechend anzusteuern, um die jeweils gewünschten Massenströme an Temperiermedium mit der jeweils gewünschten Vorlauftemperatur insbesondere in Richtung des Wärmeübertragers 30 im Wärmeübertrager-Teilkreislauf 31 zum Kühlen der fahrzeugseitigen Ladeleitung 4 und somit auch des fahrzeugseitigen Ladeanschlussverbinders 5 und auch in Richtung des Batterietemperierkreislaufs 24 zum entsprechenden Temperieren der Traktionsbatterie 10 des Batteriesystems 11 einströmen lassen zu können.
Figur 7 zeigt eine Prinzipskizze eines batterieelektrisch betriebenen Fahrzeugs 8. Dieses umfasst das Fahrzeug-Thermomanagementsystem 1 zum Temperieren der Traktionsbatterie 10 und der fahrzeugseitigen Ladeleitung 4, ferner des Elektromotors 17, der Leistungselektronik 16 und des Chargers 15. Von dem Fahrzeug sind vier Räder 80, 81 , 82, 83 sowie dessen Front 84 und Heck 85 angedeutet. Ferner zeigt ein Pfeil P1 die Fahrtrichtung vor der Front 84 des Fahrzeugs an. Der Frontend-Wärmetauscher 18 ist im Bereich der Front 84 des batterieelektrisch betriebenen Fahrzeugs 8 angeordnet. Das batterieelektrisch betriebene Fahrzeug 8 kann einerseits ein ausschließlich von dem batteriebetriebenen Elektromotor 17 angetriebenes Fahrzeug sein, andererseits ein Hybridfahrzeug, das zumindest zeitweise elektrisch betrieben wird. Zur Stromversorgung des Elektromotors 17 ist das Batteriesystem 11 bzw. die Traktionsbatterie 10 vorgesehen. Das Fahrzeug-Thermomanagementsystem 1 dient dazu, das Batteriesystem 11 und die fahrzeugseitige Ladeleitung 4 ebenso wie optional weitere Fahrzeugkomponenten, wie beispielsweise den Elektromotor 17 und die Leistungselektronik 16, auf einem gewünschten Temperaturniveau zu halten, und dazu, einen Fahrzeuginnenraum 86, in dem als Fahrgastzelle Personen Platz nehmen, zu klimatisieren bzw. temperieren. Hierzu dienen der Kältemittelkreislauf 27 sowie der Frontend-Wärmetauscher 18.
Neben den im Vorstehenden beschriebenen und in den Figuren gezeigten Ausführungsvarianten des Systems zum Kühlen zumindest einer fahrzeugseitigen Ladeleitung eines batterieelektrisch betriebenen Fahrzeugs sowie eines solchen entsprechend ausgestatteten batterieelektrisch betriebenen Fahrzeugs können noch zahlreiche weitere vorgesehen werden, insbesondere auch beliebige Kombinationen der vorstehend genannten Merkmale, wobei jeweils zumindest ein Wärmeübertrager vorgesehen ist, der der zumindest einen fahrzeugseitigen Ladeleitung zugeordnet ist und sich zu deren Kühlen zumindest teilweise entlang von dieser erstreckt und in einem Wärmeübertrager-Teilkreislauf angeordnet ist, der mit Temperiermedium durchströmt wird, um dem Wärmeübertrager eine ausreichende Menge an gekühltem Temperiermedium zuführen zu können.
Bezugszeichenliste
I Fahrzeug-Thermomanagementsystem
3 Kühlsystem zum Kühlen
4 fahrzeugseitige Ladeleitung
5 fahrzeugseitiger Ladeanschlussverbinder
6 Temperatursensoreinrichtung
7 Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung
8 batterieelektrisch betriebenes Fahrzeug
10 Traktionsbatterie
I I Batteriesystem
12 Chiller
13 PTC-Zuheizer
14 Inverter
15 Charger
16 Leistungselektronik
17 Elektromotor
18 Frontend-Wärmetauscher/Kühler
19 Ventil
20 Ventil
21 Ventil
22 Pumpeinrichtung
23 Pumpeinrichtung
24 Batterietemperierkreislauf
25 Teilkreislauf
26 Teilkreislauf
27 Kältemittelkreislauf
28 erster Chiller
29 zweiter Chiller
30 Wärmeübertrager
31 Wärmeübertrager-Teilkreislauf
32 Medienleitung
33 Medienleitung
34 Pumpeinrichtung 0 Temperatursensoreinrichtung 1 Temperatursensoreinrichtung 0 Signalleitung 1 Signalleitung 2 Signalleitung 0 Rad 1 Rad 2 Rad 3 Rad 4 Front 5 Heck 6 Fahrzeuginnenraum 00 Temperierkreislauf 110 Thermomanagementmodul 11 1 Ventil
112 Ventil 113 Ventil 114 Pumpeinrichtung 115 Pumpeinrichtung 119 Ventil
120 Ventil 121 Pumpeinrichtung 122 Ventil 123 Pumpeinrichtung 124 Ventil
125 Chiller-Teilkreislauf T Temperiermedium T1 erstes Temperiermedium T2 zweites Temperiermedium KM Kältemittel
P1 Pfeil/Fahrtrichtung

Claims

Ansprüche
1 . Kühlsystem (3) zum Kühlen zumindest einer fahrzeugseitigen Ladeleitung (4) eines batterieelektrisch betriebenen Fahrzeugs (8), wobei die zumindest eine fahrzeugseitige Ladeleitung (4) sich zwischen einer Batterie, insbesondere Traktionsbatterie (10), des Fahrzeugs (8) und einem fahrzeugseitigen Ladeanschlussverbinder (5) erstreckt und diese elektrisch miteinander verbindet, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Wärmeübertrager (30) vorgesehen und der zumindest einen fahrzeugseitigen Ladeleitung (4) zuordbar oder zugeordnet ist, wobei der zumindest eine Wärmeübertrager (30) sich zumindest teilweise entlang der Längserstreckung der zumindest einen fahrzeugseitigen Ladeleitung (4) erstreckt.
2. Kühlsystem (3) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Temperatursensoreinrichtung (6, 60) zum Ermitteln der Temperatur im Bereich der fahrzeugseitigen Ladeleitung (4) vorgesehen ist.
3. Kühlsystem (3) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Temperatursensoreinrichtung (6, 60) im Bereich des fahrzeugseitigen Ladeanschlussverbinders (5) angeordnet ist.
4. Kühlsystem (3) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Fahrzeug-Thermomanagementsystem (1 ) vorgesehen und der zumindest eine Wärmeübertrager (30) an das zumindest eine Fahrzeug-Thermomanagementsystem (1 ) angebunden, mit diesem thermisch und/oder fluidisch verbunden oder in dieses integriert ist.
5. Kühlsystem (3) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine Fahrzeug-Thermomanagementsystem (1 ) zumindest einen Temperierkreislauf (100) mit einem ersten Temperiermedium, insbesondere Wasser/Glykol, und zumindest eine Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung (7) zum Steuern und/oder Regeln von Temperiermedium-Massenstrom (rh) und Temperiermedium- Vorlauftemperatur (Tv) des in den Wärmeübertrager (30) einströmenden ersten Temperiermediums umfasst, wobei der zumindest eine Wärmeübertrager (30) in einem von dem ersten Temperiermedium durchströmbaren oder durchströmten Wärmeübertrager-Teilkreislauf (31 ) des zumindest einen Temperierkreislaufs (100) angeordnet ist.
6. Kühlsystem (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine Fahrzeug-Thermomanagementsystem (1 ) zumindest einen Temperierkreislauf (100) mit einem ersten Temperiermedium, insbesondere Wasser/Glykol, und mit einem zweiten Temperiermedium, insbesondere Thermoöl, und zumindest eine Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung (7) umfasst, wobei zum Steuern und/oder Regeln von Temperiermedium-Massenstrom (rh) und Temperiermedium- Vorlauftemperatur (Tv) des in den Wärmeübertrager (30) einströmenden Temperiermediums der zumindest eine Wärmeübertrager (30) in einem von dem zweiten Temperiermedium durchströmbaren oder durchströmten Wärmeübertrager-Teilkreislauf (31 ) des zumindest einen Temperierkreislaufs (100) angeordnet ist.
7. Kühlsystem (3) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine Fahrzeug-Thermomanagementsystem (1 ) zumindest ein Thermomanagementmodul (110) umfasst, wobei der zumindest eine Wärmeübertrager (30) in einem Wärmeübertrager-Teilkreislauf (31 ) im direkten Vorlauf zu dem Thermomanagementmodul (110) angeordnet ist.
8. Kühlsystem (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine Fahrzeug-Thermomanagementsystem (1 ) zumindest ein Schaltventil (119) umfasst, wobei der zumindest eine Wärmeübertrager (30) in einem Wärmeübertrager-Teilkreislauf (31 ) im direkten Vorlauf zu dem Schaltventil (119) angeordnet ist.
9. Kühlsystem (3) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Wärmeübertrager (30) in einem Wärmeübertrager- Teilkreislauf (31 ) des zumindest einen Temperierkreislaufs (100) des Fahrzeug-Thermomanagementsystems (1 ) und ein Batterietemperierkreislauf (24) des Fahrzeug-Thermomanagementsystems (1 ) zum Temperieren eines die zumindest eine Traktionsbatterie (10) umfassenden Batteriesystems (11 ) parallel zueinander geschaltet sind.
10. Kühlsystem (3) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der den zumindest einen Wärmeübertrager (30) umfassende Wärmeübertrager-Teilkreislauf (31 ) des zumindest einen Temperierkreislaufs (100) des Fahrzeug-Thermomanagementsystems (1 ) direkt und unabhängig von dem zumindest einen weiteren Teilkreislauf des zumindest einen Temperierkreislaufs (100) des Fahrzeug- Thermomanagementsystems (1 ) betreibbar ist.
11 . Kühlsystem (3) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der den zumindest einen Wärmeübertrager (30) umfassende Wärmeübertrager-Teilkreislauf (31 ) des zumindest einen Temperierkreislaufs (100) des Fahrzeug-Thermomanagementsystems (1 ) direkt und unabhängig von weiteren Temperierkomponenten des Fahrzeug-Thermomanagementsystems (1 ) betreibbar ist.
12. Kühlsystem (3) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrzeug-Thermomanagementsystem (1 ) zumindest einen Chiller (12) und/oder zumindest einen Frontend-Wärmetauscher (18) umfasst, wobei im Stillstand des Fahrzeugs (8) und/oder bei Inaktivität zumindest eines weiteren Teilkreislaufs des zumindest einen Temperierkreislaufs (100) des Fahrzeug-Thermomanagementsystems (1 ) der zumindest eine Chiller (12) und/oder der zumindest eine Frontend-Wärmetauscher (18) zum Kühlen des den Wärmeübertrager-Teilkreislauf (31 ) durchströmenden Temperiermediums dient/dienen.
13. Kühlsystem (3) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Wärmeübertrager (30) einseitig an der fahrzeugseitigen Ladeleitung (4) angeordnet ist oder die fahrzeugseitige Ladeleitung (4) umgibt, insbesondere konzentrisch umschließt, oder innerhalb der fahrzeugseitigen Ladeleitung (4) angeordnet ist.
14. Fahrzeug-Thermomanagementsystem (1 ), umfassend ein geschlossenes System eines Temperierkreislaufs (100) eines batterieelektrisch betriebenen Fahrzeugs (8), in dem Temperiermedium strömbar ist oder strömt, wobei der Temperierkreislauf (100) zumindest einen Batterietemperierkreislauf (24) zum Temperieren eines Batteriesystems (11 ), enthaltend eine Traktionsbatterie (10), zumindest einen Teilkreislauf (25) zum Temperieren zumindest einer Elektronikkomponente (15, 16, 17) und zumindest einen Teilkreislauf (26), umfassend zumindest einen Wärmeübertrager, insbesondere einen Frontend-Wärmetauscher (18), der zur Wärmeaufnahme aus Umgebungsluft und/oder Wärmeabgabe an diese und zur Wärmeübertragung in das Temperiermedium und/oder aus diesem dient, umfasst, wobei die Teilkreisläufe (24, 25, 26) jeweils Vor- und Rückläufe umfassen, dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrzeug-Thermomanagementsystem (1 ) zumindest ein Kühlsystem (3) nach einem der vorstehenden Ansprüche zum Kühlen zumindest einer fahrzeugseitigen Ladeleitung (4) umfasst.
15. Batterieelektrisch betriebenes Fahrzeug (8), insbesondere Landfahrzeug, umfassend zumindest ein Batteriesystem (11 ) mit zumindest einer Traktionsbatterie (10), zumindest ein Fahrzeug- Thermomanagementsystem (1 ) zum Temperieren von Fahrzeugkomponenten, zumindest eine fahrzeugseitige Ladeleitung (4) und zumindest einen fahrzeugseitigen Ladeanschlussverbinder (5) zum Laden der Traktionsbatterie (10), wobei sich die fahrzeugseitige Ladeleitung (4) zwischen Traktionsbatterie (10) und fahrzeugseitigem Ladeanschlussverbinder (5) erstreckt, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Kühlsystem (3) nach einem der vorstehenden Ansprüche zum Kühlen der zumindest einen fahrzeugseitigen Ladeleitung (4) vorgesehen ist.
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