DE102018111485B4

DE102018111485B4 - Electric power system and motor vehicle

Info

Publication number: DE102018111485B4
Application number: DE102018111485.0A
Authority: DE
Inventors: Rüdiger Kusch
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2018-05-14
Filing date: 2018-05-14
Publication date: 2022-06-15
Anticipated expiration: 2038-05-15
Also published as: DE102018111485A1

Abstract

Elektrisches Energiesystem (1) für ein Kraftfahrzeug (2), aufweisend eine als Batterie ausgebildete erste Stromquelle (3) zum Speichern sowie Bereitstellen elektrischer Energie für einen Elektromotor (4) des Kraftfahrzeugs (2) und eine erste induktive Austauscheinheit (5) zur induktiven Aufnahme elektrischer Energie von einer induktiven Übertragungsvorrichtung (6) einer externen Ladevorrichtung (7) zum Laden der ersten Stromquelle (3), dadurch gekennzeichnet, dass das elektrische Energiesystem (1) eine mechanische Verstellvorrichtung (8) zum Verstellen einer relativen Lage der induktiven Austauscheinheit (5) zur ersten Stromquelle (3) aufweist, wobei das elektrische Energiesystem (1) eine zweite Stromquelle (9) und eine zweite induktive Austauscheinheit (10) aufweist, wobei die mechanische Verstellvorrichtung (8) ausgebildet ist, die erste induktive Austauscheinheit (5) mit der zweiten induktiven Austauscheinheit (10) derart in eine Koppelposition (K) auszurichten, dass zwischen der ersten induktiven Austauscheinheit (5) und der zweiten induktiven Austauscheinheit (10) elektrische Energie induktiv austauschbar ist.

Electrical energy system (1) for a motor vehicle (2), having a first power source (3) designed as a battery for storing and providing electrical energy for an electric motor (4) of the motor vehicle (2) and a first inductive exchange unit (5) for inductive absorption electrical energy from an inductive transmission device (6) to an external charging device (7) for charging the first power source (3), characterized in that the electrical energy system (1) has a mechanical adjusting device (8) for adjusting a relative position of the inductive exchange unit (5 ) to the first power source (3), the electrical energy system (1) having a second power source (9) and a second inductive exchange unit (10), the mechanical adjusting device (8) being designed to have the first inductive exchange unit (5) with it align the second inductive exchange unit (10) in such a way in a coupling position (K) that between it Most inductive exchange unit (5) and the second inductive exchange unit (10) electrical energy is inductively exchangeable.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein elektrisches Energiesystem für ein Kraftfahrzeug, welches zum induktiven Laden einer Batterie des elektrischen Energiesystems ausgebildet ist. Ferner betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug mit einem gattungsgemäßen elektrischen Energiesystem.The present invention relates to an electrical energy system for a motor vehicle, which is designed for inductively charging a battery of the electrical energy system. Furthermore, the invention relates to a motor vehicle with a generic electrical energy system.

Kraftfahrzeuge mit mindestens einem Elektromotor, wie z.B. Elektrofahrzeuge oder spezielle Hybridfahrzeuge, weisen eine Ladevorrichtung zum Aufladen eines Stromspeichers des Kraftfahrzeugs auf. Bekannte Ladevorrichtungen weisen ein Ladekabel mit einem Ladestecker auf, über welchen die Ladevorrichtung mit einem Ladeanschluss einer externen Stromquelle bzw. Ladestation, wie z.B. einer Ladesäule, elektrisch koppelbar ist. Derartige Ladevorrichtungen haben den Nachteil, dass zum Starten des Ladevorgangs der Ladestecker mit dem Ladeanschluss der externen Stromquelle bzw. Ladestation elektrisch gekoppelt und nach dem Laden von diesem entkoppelt werden muss. Gerade bei niedrigen Außentemperaturen kann ein Festfrieren von Ladestecker und Ladeanschluss, einem Ladeanschlussdeckel oder dergleichen auftreten, wodurch ein bestimmungsgemäßes Laden erschwert wird. Zudem muss das Ladekabel nach dem Ladevorgang wieder im Kraftfahrzeug aufwendig verstaut werden. Ferner kann das Ladekabel durch häufiges Aufrollen und Biegen beschädigt werden, sodass es nach einer bestimmten Anzahl von Ladezyklen ausgetauscht werden muss.Motor vehicles with at least one electric motor, such as electric vehicles or special hybrid vehicles, have a charging device for charging a power storage device in the motor vehicle. Known charging devices have a charging cable with a charging plug, via which the charging device can be electrically coupled to a charging connection of an external power source or charging station, such as a charging station. Such charging devices have the disadvantage that, in order to start the charging process, the charging plug must be electrically coupled to the charging connection of the external power source or charging station and decoupled from it after charging. Especially when the outside temperatures are low, the charging plug and charging connection, a charging connection cover or the like can freeze solid, making proper charging more difficult. In addition, the charging cable must be laboriously stowed away in the motor vehicle again after the charging process. Furthermore, the charging cable can be damaged by frequent rolling and bending, so that it must be replaced after a certain number of charging cycles.

Eine Möglichkeit zur Verbesserung des Ladevorgangs ist die Verwendung von kabellosen Ladevorrichtungen. Beim kabellosen Laden wird der Strom nicht mittels eines Kabels, sondern induktiv über ein elektromagnetisches Wechselfeld von einem ersten Objekt zu einem zweiten Objekt übertragen. Eine hierfür ausgebildete Ladestation zum Bereitstellen elektrischer Energie weist eine erste Induktionsspule zum Erzeugen des elektromagnetischen Wechselfelds auf. Ein zusätzlicher Ladeanschluss zur Aufnahme eines Ladesteckers ist hierfür nicht erforderlich. Das Kraftfahrzeug weist ein im Kraftfahrzeug verbautes elektrisches Energiesystem mit einer zweiten Induktionsspule auf, welche zum Empfangen der elektrischen Energie des elektromagnetischen Wechselfelds durch Induktion ausgebildet ist. Auf diese Weise wird ein gleichgerichteter elektrischer Strom in der zweiten Induktionsspule erzeugt, welcher zum Laden der Batterie verwendbar ist.One way to improve charging is to use wireless charging devices. With wireless charging, the current is not transmitted by means of a cable, but inductively via an alternating electromagnetic field from a first object to a second object. A charging station designed for this purpose for providing electrical energy has a first induction coil for generating the alternating electromagnetic field. An additional charging connection for accommodating a charging plug is not required for this. The motor vehicle has an electrical energy system installed in the motor vehicle with a second induction coil, which is designed to receive the electrical energy of the alternating electromagnetic field by induction. In this way, a rectified electric current is generated in the second induction coil, which current can be used to charge the battery.

Eine Vorrichtung zur induktiven Übertragung elektrischer Energie ist aus der DE 102 25 005 C1 bekannt. Der Vorrichtung liegt die Aufgabe zugrunde, insbesondere an einer Weiche eines Schienensystems kontinuierlich elektrische Energie zur Verfügung zu stellen und dabei eine aufwendige Verkabelung zu vermeiden. Gelöst wird diese Aufgabe mittels einer elektrischen Kopplung von elektrischen Leitern im Bereich der Weiche mittels induktiver Kopplungselemente. Mindestens ein induktives Kopplungselement ist synchron mit der Weiche derart verstellbar, dass je nach Stellung der Weiche eine induktive Kopplung mit einem anderen induktiven Kopplungselement herstellbar ist.A device for the inductive transmission of electrical energy is from DE 102 25 005 C1 known. The device is based on the task of making electrical energy available continuously, in particular at a point of a rail system, and thereby avoiding complex wiring. This task is solved by means of an electrical coupling of electrical conductors in the area of the switch by means of inductive coupling elements. At least one inductive coupling element can be adjusted synchronously with the switch in such a way that, depending on the position of the switch, an inductive coupling can be produced with another inductive coupling element.

Aus den US 10 124 690 B2 und US 3 914 562 A ist ein elektrisches Energiesystem für ein Kraftfahrzeug bekannt, bei welchem eine induktive Austauscheinheit zum Laden eines Energiespeichers verstellbar ausgebildet ist. Die DE 11 2013 006 142 T5 offenbart ein Hybridfahrzeug mit mehreren elektrischen Energiespeichern. Die DE 10 2016 206 945 A1 zeigt ein Traktionsnetz für ein Kraftfahrzeug, bei welchem eine galvanische Trennung einer Ladeeinheit zu einer Traktionsbatterie über einen Serienresonanzkreis bereitgestellt ist. Aus der US 2016 / 0 355 097 A1 ist ein Verfahren zur Positionierung eines induktiven Ladesystems eines Kraftfahrzeugs mittels Führungsschienen bekannt. Die US 2013 / 0 249 299 A1 offenbart ein induktives Ladesystem mit einer Abdeckvorrichtung. Aus den Dokumenten US 4 800 328 A und DE 2010 042 395 A1 sind weitere induktive Ladesysteme für Kraftfahrzeuge bekannt.From the U.S. 10,124,690 B2 and U.S. 3,914,562 A an electrical energy system for a motor vehicle is known, in which an inductive exchange unit for charging an energy store is designed to be adjustable. the DE 11 2013 006 142 T5 discloses a hybrid vehicle with multiple electrical energy stores. the DE 10 2016 206 945 A1 shows a traction network for a motor vehicle, in which a galvanic isolation of a charging unit from a traction battery is provided via a series resonant circuit. A method for positioning an inductive charging system of a motor vehicle by means of guide rails is known from US 2016/0 355 097 A1. US 2013/0 249 299 A1 discloses an inductive charging system with a covering device. From the documents U.S.A. 4,800,328 and DE 2010 042 395 A1 other inductive charging systems for motor vehicles are known.

Derartige Vorrichtungen zur induktiven Übertragung elektrischer Energie haben den Nachteil, dass eine Ausrichtung der Spulen zum Austausch elektrischer Energie zueinander oftmals unzureichend ist, sodass zwischen den Spulen ein verhältnismäßig großer Luftspalt und/oder ein Anstellwinkel ausgebildet sind. Dies hat zur Folge, dass beim induktiven Übertragen der elektrischen Energie hohe Verluste auftreten. Ein Ladevorgang ist somit zeitaufwendig und aufgrund des höheren Stromverbrauchs kostenintensiv.Devices of this type for the inductive transmission of electrical energy have the disadvantage that alignment of the coils for exchanging electrical energy with one another is often inadequate, so that a relatively large air gap and/or an angle of incidence are formed between the coils. As a result, high losses occur when the electrical energy is transmitted inductively. A charging process is therefore time-consuming and expensive due to the higher power consumption.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die voranstehend beschriebenen Nachteile beim Laden von elektrischen Energiesystemen für ein Kraftfahrzeug zu beheben oder zumindest teilweise zu beheben. Insbesondere ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein elektrisches Energiesystem und ein Kraftfahrzeug zu schaffen, die auf eine einfache und kostengünstige Art und Weise Übertragungsverluste beim Laden der Batterie reduzieren und/oder eine elektrische Kopplung mit einer Ladevorrichtung verbessern bzw. erleichtern. It is therefore the object of the present invention to eliminate or at least partially eliminate the disadvantages described above when charging electrical energy systems for a motor vehicle. In particular, the object of the present invention is to create an electrical energy system and a motor vehicle that reduce transmission losses when charging the battery in a simple and cost-effective manner and/or improve or facilitate electrical coupling with a charging device.

Voranstehende Aufgabe wird durch die Patentansprüche gelöst. Demnach wird die Aufgabe durch ein elektrisches Energiesystem für ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1 sowie durch ein Kraftfahrzeug mit einem elektrischen Energiesystem mit den Merkmalen des nebengeordneten Anspruchs 8 gelöst. Weitere Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen elektrischen Energiesystem für ein Kraftfahrzeug beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Kraftfahrzeug und jeweils umgekehrt, sodass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird beziehungsweise werden kann.The above object is solved by the patent claims. Accordingly, the object is achieved by an electrical energy system for a motor vehicle having the features of independent claim 1 and by a motor vehicle having an electrical energy system with the features len of independent claim 8 solved. Further features and details of the invention result from the dependent claims, the description and the drawings. Features and details that are described in connection with the electrical energy system for a motor vehicle according to the invention also apply, of course, in connection with the motor vehicle according to the invention and vice versa, so that the disclosure of the individual aspects of the invention is or can always be referred to alternately.

Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe durch ein elektrisches Energiesystem für ein Kraftfahrzeug gelöst. Das elektrische Energiesystem weist eine als Batterie ausgebildete erste Stromquelle zum Speichern sowie Bereitstellen elektrischer Energie für einen Elektromotor des Kraftfahrzeugs und eine erste induktive Austauscheinheit zur induktiven Aufnahme elektrischer Energie von einer induktiven Übertragungsvorrichtung einer externen Ladevorrichtung zum Laden der ersten Stromquelle auf. Erfindungsgemäß weist das elektrische Energiesystem eine mechanische Verstellvorrichtung zum Verstellen einer relativen Lage der induktiven Austauscheinheit zur ersten Stromquelle auf. Das elektrische Energiesystem weist zudem eine zweite Stromquelle und eine zweite induktive Austauscheinheit auf, wobei die mechanische Verstellvorrichtung ausgebildet ist, die erste induktive Austauscheinheit mit der zweiten induktiven Austauscheinheit derart in eine Koppelposition auszurichten, dass zwischen der ersten induktiven Austauscheinheit und der zweiten induktiven Austauscheinheit elektrische Energie induktiv austauschbar ist.According to a first aspect of the invention, the object is achieved by an electrical energy system for a motor vehicle. The electrical energy system has a first power source designed as a battery for storing and providing electrical energy for an electric motor of the motor vehicle and a first inductive exchange unit for inductively receiving electrical energy from an inductive transmission device of an external charging device for charging the first power source. According to the invention, the electrical energy system has a mechanical adjustment device for adjusting a position of the inductive exchange unit relative to the first power source. The electrical energy system also has a second power source and a second inductive exchange unit, the mechanical adjustment device being designed to align the first inductive exchange unit with the second inductive exchange unit in a coupling position such that electrical energy is generated between the first inductive exchange unit and the second inductive exchange unit is inductively interchangeable.

Unter einem elektrischen Energiesystem eines Kraftfahrzeugs wird ein System verstanden, welches zum Bereitstellen elektrischer Energie zum Betreiben von elektrisch betreibbaren Komponenten des Kraftfahrzeugs, wie z. B. eines Elektromotors, eines Klimakompressors, eines Startergenerators, eines E-Turbos, einer Beleuchtung oder dergleichen, ausgebildet ist. Hierfür kann das elektrische Energiesystem beispielsweise eine Leistungselektronik, einen oder mehrere Transformatoren, Umrichter, insbesondere 2-Level und/oder 3-Level Umrichter, oder dergleichen aufweisen. Das elektrische Energiesystem ist zur Anordnung bzw. Befestigung innerhalb oder zumindest im Wesentlichen innerhalb des Kraftfahrzeugs ausgebildet und weist hierfür vorzugsweise entsprechend ausgebildete Kontakt- und/oder Befestigungsbereiche auf. Das elektrische Energiesystem ist mit dem Elektromotor des Kraftfahrzeugs elektrisch koppelbar und weist daher eine Schnittstelle zur Anbindung des Elektromotors auf. Vorzugsweise weist das elektrische Energiesystem weitere Schnittstellen zur Anbindung weiterer elektrisch betreibbarer Komponenten des Kraftfahrzeugs auf.An electrical energy system of a motor vehicle is understood to mean a system which is used to provide electrical energy for operating electrically operable components of the motor vehicle, such as, for. B. an electric motor, an air conditioning compressor, a starter generator, an e-turbo, lighting or the like is formed. For this purpose, the electrical energy system can have, for example, power electronics, one or more transformers, converters, in particular 2-level and/or 3-level converters, or the like. The electrical energy system is designed to be arranged or fastened inside or at least essentially inside the motor vehicle and preferably has correspondingly designed contact and/or fastening areas for this purpose. The electrical energy system can be electrically coupled to the electric motor of the motor vehicle and therefore has an interface for connecting the electric motor. The electrical energy system preferably has further interfaces for connecting further electrically operable components of the motor vehicle.

Die erste Stromquelle ist als Batterie ausgebildet. Erfindungsgemäß wird unter einer Batterie eine Vorrichtung zum Speichern sowie zur Abgabe von elektrischer Energie verstanden. Ein Kondensator, insbesondere ein sogenannter „Supercap“ oder ein Akkumulator werden im Rahmen der Erfindung ebenfalls als Batterie bezeichnet. Die erste Stromquelle ist vorzugsweise derart dimensioniert, dass ausreichend elektrische Energie für eine Reichweite des Kraftfahrzeugs von mindestens 500 km bei elektromotorischer Fahrt in der ersten Stromquelle speicherbar ist. Die erste Stromquelle weist vorzugsweise Lithium-Ionen und/oder Schwefel und/oder Nickel und/oder Kobalt und/oder Zink auf.The first power source is designed as a battery. According to the invention, a battery is understood to be a device for storing and delivering electrical energy. A capacitor, in particular a so-called "supercap" or an accumulator are also referred to as a battery within the scope of the invention. The first power source is preferably dimensioned in such a way that sufficient electrical energy can be stored in the first power source for a range of the motor vehicle of at least 500 km when driving by electric motor. The first power source preferably has lithium ions and/or sulfur and/or nickel and/or cobalt and/or zinc.

Die erste induktive Austauscheinheit ist zur induktiven Aufnahme elektrischer Energie von der induktiven Übertragungsvorrichtung der externen Ladevorrichtung ausgebildet. Wie bereits voranstehend erläutert, ist die induktive Übertragungsvorrichtung vorzugsweise ausgebildet, ein elektromagnetisches Wechselfeld zu erzeugen, insbesondere mittels mindestens einer Spule. Die erste induktive Austauscheinheit ist in diesem elektromagnetischen Wechselfeld anordenbar und ausgebildet, elektrische Energie aus dem elektromagnetischen Wechselfeld durch Induktion aufzunehmen und somit einen elektrischen Strom zum Laden der ersten Stromquelle zu erzeugen. Die erste induktive Austauscheinheit ist vorzugsweise U-förmig oder halbkreisförmig ausgebildet.The first inductive exchange unit is designed to receive electrical energy inductively from the inductive transmission device of the external charging device. As already explained above, the inductive transmission device is preferably designed to generate an electromagnetic alternating field, in particular by means of at least one coil. The first inductive exchange unit can be arranged in this alternating electromagnetic field and is designed to absorb electrical energy from the alternating electromagnetic field by induction and thus to generate an electrical current for charging the first current source. The first inductive exchange unit is preferably U-shaped or semicircular.

Um eine möglichst verlustfreie induktive Übertragung der elektrischen Energie von der induktiven Übertragungsvorrichtung auf die induktive Austauscheinheit zu gewährleisten, ist die relative Lage der induktiven Austauscheinheit mittels der mechanischen Verstellvorrichtung des elektrischen Energiesystems zur ersten Stromquelle verstellbar. Die mechanische Verstellvorrichtung ist vorzugsweise ausgebildet, die induktive Austauscheinheit zwischen einer ersten Position bzw. Lage und einer zweiten Position bzw. Lage zu bewegen. In der ersten Position bzw. Lage ist die induktive Austauscheinheit vorzugsweise innerhalb des Kraftfahrzeugs angeordnet, in welchem das elektrische Energiesystem verbaut ist. Diese erste Position bzw. Lage ist beispielsweise für einen Fahrbetrieb des Kraftfahrzeugs bevorzugt, um beispielsweise eine Beschädigung oder Verschmutzung der induktiven Austauscheinheit zu vermeiden. In der zweiten Position bzw. Lage ist die induktive Austauscheinheit vorzugsweise ganz oder zumindest teilweise außerhalb des Kraftfahrzeugs, insbesondere unterhalb eines Bodenblechs des Kraftfahrzeugs, angeordnet. Diese zweite Position bzw. Lage ist beispielsweise für einen Ladebetrieb des Kraftfahrzeugs bevorzugt, da die induktive Austauscheinheit besonders nah an der außerhalb des Kraftfahrzeugs angeordneten induktiven Übertragungsvorrichtung anordenbar ist. Um ein genaues Verstellen der relativen Lage der induktiven Austauscheinheit zur ersten Stromquelle bzw. zur induktiven Übertragungsvorrichtung zu verbessern, kann beispielsweise eine Kamera bei einem elektrischen Energiesystem vorgesehen sein. Eine Verstellrichtung und/oder ein Verstellwinkel können beispielsweise manuell, insbesondere mittels eines Eingabeinterface des elektrischen Energiesystems, oder automatisch, insbesondere mittels einer hierfür ausgebildeten Steuerungsvorrichtung des elektrischen Energiesystems, erfolgen.In order to ensure the most loss-free inductive transmission of electrical energy from the inductive transmission device to the inductive exchange unit, the position of the inductive exchange unit relative to the first power source can be adjusted using the mechanical adjustment device of the electrical energy system. The mechanical adjusting device is preferably designed to move the inductive exchange unit between a first position or position and a second position or position. In the first position or situation, the inductive exchange unit is preferably arranged inside the motor vehicle in which the electrical energy system is installed. This first position or location is preferred, for example, when the motor vehicle is being driven, in order to avoid damage to or soiling of the inductive exchange unit, for example. In the second position or situation, the inductive exchange unit is preferably arranged entirely or at least partially outside the motor vehicle, in particular below a floor panel of the motor vehicle. This second position or position is preferred, for example, for charging operation of the motor vehicle since the inductive exchange unit can be arranged particularly close to the inductive transmission device arranged outside the motor vehicle. In order to improve precise adjustment of the position of the inductive exchange unit relative to the first power source or to the inductive transmission device, a camera can be provided in an electrical energy system, for example. An adjustment direction and/or an adjustment angle can, for example, take place manually, in particular by means of an input interface of the electrical energy system, or automatically, in particular by means of a control device of the electrical energy system designed for this purpose.

Die zweite induktive Austauscheinheit weist vorzugsweise eine Form auf, welche einer Form der ersten induktiven Austauscheinheit entspricht oder zumindest im Wesentlichen entspricht. In der Koppelposition kann beispielsweise elektrische Energie aus der zweiten Stromquelle zum Antreiben des Elektromotors verwendet werden. Dies ist beispielsweise beim sogenannten elektrischen „Boosten“ der Fall. Die erste Stromquelle weist eine begrenzte elektrische Leistung auf, welche in besonderen Fahrsituationen, in welchen der Elektromotor mit einer größeren Leistung betrieben werden soll, nicht ausreicht. Die fehlende Leistung wird dann von der zweiten Stromquelle bereitgestellt. Dieser Vorgang wird auch als „Boosten“ bezeichnet. Die Koppelposition entspricht vorzugsweise der ersten Position bzw. LageThe second inductive exchange unit preferably has a shape which corresponds or at least essentially corresponds to a shape of the first inductive exchange unit. In the coupling position, for example, electrical energy from the second power source can be used to drive the electric motor. This is the case, for example, with so-called electrical "boosting". The first power source has a limited electrical power, which is not sufficient in special driving situations in which the electric motor is to be operated with a higher power. The missing power is then provided by the second power source. This process is also known as "boosting". The coupling position preferably corresponds to the first position or location

Ein Ladevorgang eines Kraftfahrzeugs mit einem erfindungsgemäßen elektrischen Energiesystem kann demnach in folgenden Schritten ablaufen. Zunächst wird das Kraftfahrzeug an die externe Ladevorrichtung zum Laden der ersten Stromquelle heranbewegt bzw. herangefahren. Das Heranbewegen erfolgt vorzugsweise derart, dass das Kraftfahrzeug über die induktive Übertragungsvorrichtung der externen Ladevorrichtung gefahren wird. In diesem Zustand ist die induktive Austauscheinheit vorzugsweise der induktiven Übertragungsvorrichtung benachbart. Eine genaue Ausrichtung der induktiven Austauscheinheit zur induktiven Übertragungsvorrichtung ist beim Heranbewegen des Kraftfahrzeugs nicht erforderlich. Anschließend ist die induktive Austauscheinheit mittels der mechanischen Verstellvorrichtung in die Richtung der induktiven Übertragungsvorrichtung bewegbar. Vorzugsweise ist die mechanische Verstellvorrichtung ausgebildet, die induktive Austauscheinheit derart relativ zur induktiven Übertragungsvorrichtung auszurichten, dass eine induktive Übertragung der elektrischen Energie von der induktiven Übertragungsvorrichtung zur induktiven Austauscheinheit optimiert ist. Bei dieser Anordnung sind ein Luftspalt und/oder ein Anstellwinkel zwischen der induktiven Austauscheinheit und der induktiven Übertragungsvorrichtung beispielsweise minimiert.A charging process for a motor vehicle with an electrical energy system according to the invention can therefore take place in the following steps. First, the motor vehicle is moved or driven up to the external charging device for charging the first power source. The approach is preferably such that the motor vehicle is driven over the inductive transmission device of the external charging device. In this state, the inductive exchange unit is preferably adjacent to the inductive transmission device. Precise alignment of the inductive exchange unit with the inductive transmission device is not necessary when the motor vehicle approaches. The inductive exchange unit can then be moved in the direction of the inductive transmission device by means of the mechanical adjusting device. The mechanical adjusting device is preferably designed to align the inductive exchange unit relative to the inductive transmission device in such a way that inductive transmission of the electrical energy from the inductive transmission device to the inductive exchange unit is optimized. In this arrangement, an air gap and/or an angle of attack between the inductive exchange unit and the inductive transmission device are minimized, for example.

Ein erfindungsgemäßes elektrisches Energiesystem hat gegenüber herkömmlichen elektrischen Energiesystemen den Vorteil, dass mit einfachen Mitteln sowie auf eine kostengünstige Art und Weise eine relative Ausrichtung der induktiven Übertragungsvorrichtung zur induktiven Austauscheinheit zur Übertragung elektrischer Energie verbessert ist. Die verbesserte Ausrichtung hat den Vorteil, dass die induktive Übertragung elektrischer Energie von der induktiven Übertragungsvorrichtung zur induktiven Austauscheinheit verbessert ist und induktive Übertragungsverluste reduziert sind. Ferner sind mittels der ersten induktiven Austauscheinheit zwei unterschiedliche elektrische bzw. induktive Kopplungen erzielbar. In der Koppelposition ist die erste induktive Austauscheinheit mit der zweiten induktiven Austauscheinheit elektrisch bzw. induktiv gekoppelt. Diese Konfiguration ist für einen Fahrbetrieb des Kraftfahrzeugs besonders vorteilhaft, da die elektrische Energie der zweiten Stromquelle zur Verfügung steht. In einer weiteren Stellung ist die erste induktive Austauscheinheit mit der induktiven Übertragungsvorrichtung der externen Ladevorrichtung elektrisch bzw. induktiv koppelbar. Diese Konfiguration wird auch als Ladeposition bezeichnet und ist für einen Ladebetrieb des Kraftfahrzeugs besonders vorteilhaft, da die elektrische Energie der externen Ladevorrichtung zum Laden der ersten Stromquelle verwendbar ist. Ein weiterer Vorteil eines derartigen elektrischen Energiesystems ist, dass durch die flexible Anordnung der ersten induktiven Austauscheinheit elektrische Bauteile einsparbar sind. Hierdurch sind Kosten zur Herstellung des elektrischen Energiesystems reduzierbar. Ferner können auf diese Weise ein Bauraum und ein Gewicht des elektrischen Energiesystems reduziert werden.An electrical energy system according to the invention has the advantage over conventional electrical energy systems that a relative alignment of the inductive transmission device to the inductive exchange unit for transmitting electrical energy is improved with simple means and in a cost-effective manner. The improved orientation has the advantage that the inductive transmission of electrical energy from the inductive transmission device to the inductive exchange unit is improved and inductive transmission losses are reduced. Furthermore, two different electrical or inductive couplings can be achieved by means of the first inductive exchange unit. In the coupling position, the first inductive exchange unit is electrically or inductively coupled to the second inductive exchange unit. This configuration is particularly advantageous for driving the motor vehicle, since the electrical energy is available from the second power source. In a further position, the first inductive exchange unit can be electrically or inductively coupled to the inductive transmission device of the external charging device. This configuration is also referred to as a charging position and is particularly advantageous for charging the motor vehicle, since the electrical energy from the external charging device can be used to charge the first power source. A further advantage of such an electrical energy system is that electrical components can be saved due to the flexible arrangement of the first inductive exchange unit. As a result, costs for producing the electrical energy system can be reduced. Furthermore, in this way the installation space and the weight of the electrical energy system can be reduced.

Gemäß einer bevorzugten Weiterentwicklung der Erfindung kann bei einem elektrischen Energiesystem vorgesehen sein, dass die mechanische Verstellvorrichtung ausgebildet ist, die induktive Austauscheinheit mit drei linearen Freiheitsgraden zu bewegen. Die drei Freiheitsgrade sind vorzugsweise senkrecht oder im Wesentlichen zueinander angeordnet, sodass die induktive Austauscheinheit vorzugsweise in x-, y-, z-Richtung relativ zur ersten Stromquelle bzw. zum Kraftfahrzeug bewegbar ist. Vorzugsweise ist die mechanische Verstellvorrichtung ausgebildet, die induktive Austauscheinheit gleichzeitig in mehrere dieser Richtungen zu verstellen. Eine derartige mechanische Verstellvorrichtung hat den Vorteil, dass mit einfachen Mitteln sowie auf eine kostengünstige Art und Weise ein vorteilhaftes Ausrichten der induktiven Austauscheinheit zur induktiven Übertragungsvorrichtung zur verlustarmen induktiven elektrischen Energieübertragung gewährleistet ist.According to a preferred further development of the invention, it can be provided in an electrical energy system that the mechanical adjusting device is designed to move the inductive exchange unit with three linear degrees of freedom. The three degrees of freedom are preferably arranged perpendicularly or essentially to one another, so that the inductive exchange unit can preferably be moved in the x, y, z direction relative to the first power source or to the motor vehicle. The mechanical adjustment device is preferably designed to adjust the inductive exchange unit in several of these directions at the same time. Such a mechanical adjustment device has the advantage that an advantageous alignment of the inductive exchange unit to the inductive transmission device for low-loss inductive electrical energy transmission is ensured with simple means and in a cost-effective manner.

Weiter bevorzugt ist die zweite Stromquelle als Batterie oder Brennstoffzelle ausgebildet. Eine als Batterie bzw. Kondensator oder Akkumulator ausgebildete zweite Stromquelle ist beispielsweise in der Koppelposition von der ersten Stromquelle aufladbar und kann bei Bedarf, insbesondere beim Boosten, elektrische Energie dem Elektromotor zur Verfügung stellen. Eine als Batterie ausgebildete zweite Stromquelle weist vorzugsweise eine geringere Kapazität als die erste Stromquelle auf, um Kosten, Gewicht sowie Bauraum zu sparen, da das Boosten nicht ständig erfolgen muss und somit zwischen zwei Boostvorgängen ein Nachladen der zweiten Stromquelle mittels der ersten Stromquelle erfolgen kann. Eine als Brennstoffzelle ausgebildete zweite Stromquelle hat den Vorteil, dass eine Reichweite des Kraftfahrzeugs erheblich vergrößerbar ist. Mittels einer als Brennstoffzelle ausgebildeten zweiten Stromquelle ist in der Koppelposition die erste Stromquelle aufladbar bzw. nachladbar und/oder der Elektromotor betreibbar bzw. boostbar.More preferably, the second power source is designed as a battery or fuel cell. A second power source embodied as a battery or capacitor or accumulator can be charged by the first power source in the coupling position, for example, and can make electrical energy available to the electric motor as needed, particularly when boosting. A second power source designed as a battery preferably has a lower capacity than the first power source in order to save costs, weight and installation space, since boosting does not have to be continuous and the second power source can therefore be recharged between two boost processes using the first power source. A second power source designed as a fuel cell has the advantage that the range of the motor vehicle can be increased considerably. In the coupling position, the first power source can be charged or recharged and/or the electric motor can be operated or boosted by means of a second power source designed as a fuel cell.

In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung eines elektrischen Energiesystems bilden die erste induktive Austauscheinheit und die zweite induktive Austauscheinheit in der Koppelposition einen DCDC-Wandler. Durch eine entsprechende Ausbildung der Spulen der ersten induktiven Austauscheinheit und der zweiten induktiven Austauscheinheit, insbesondere durch eine unterschiedliche Anzahl von Spulenwicklungen, ist eine Spannung innerhalb des elektrischen Energiesystems auf vorteilhafte Weise sowie mit einfachen Mitteln transformierbar.In a particularly preferred configuration of an electrical energy system, the first inductive exchange unit and the second inductive exchange unit form a DCDC converter in the coupling position. Appropriate design of the coils of the first inductive exchange unit and the second inductive exchange unit, in particular through a different number of coil windings, allows a voltage within the electrical energy system to be transformed in an advantageous manner and with simple means.

Es ist erfindungsgemäß bei einem elektrischen Energiesystem bevorzugt, dass die mechanische Verstellvorrichtung eine Schwenkvorrichtung, mittels welcher die erste induktive Austauscheinheit um mindestens eine Schwenkachse verschwenkbar ist, und/oder eine Teleskopvorrichtung aufweist, mittels welcher die induktive Austauscheinheit linear bewegbar ist. Die Verschwenkvorrichtung weist beispielsweise ein Schwenkgelenk auf, welches vorzugsweise der ersten induktiven Austauscheinheit benachbart angeordnet ist, um diese relativ zum Rest der mechanischen Verstellvorrichtung zu verschwenken. Dies hat den Vorteil, dass ein Winkel zwischen der ersten induktiven Austauscheinheit und der induktiven Übertragungsvorrichtung der externen Ladevorrichtung durch ein entsprechendes Verschwenken der ersten induktiven Austauscheinheit ausgleichbar ist. Somit können Übertragungsverluste beim induktiven Übertragen elektrischer Energie von der induktiven Übertragungsvorrichtung zur induktiven Austauscheinheit reduziert werden. Eine Teleskopvorrichtung weist vorzugsweise mehrere ineinander verschiebbare Rohre und/oder Profile auf. Eine Teleskopvorrichtung ermöglicht eine translatorische Bewegung der ersten induktiven Austauscheinheit mit einfachen Mitteln und hat den weiteren Vorteil, dass diese in einem eingefahrenen Zustand einen relativ geringen Platzbedarf aufweist.In an electrical energy system, it is preferred according to the invention that the mechanical adjusting device has a pivoting device, by means of which the first inductive exchange unit can be pivoted about at least one pivot axis, and/or a telescopic device, by means of which the inductive exchange unit can be moved linearly. The pivoting device has, for example, a pivot joint, which is preferably arranged adjacent to the first inductive exchange unit in order to pivot it relative to the rest of the mechanical adjustment device. This has the advantage that an angle between the first inductive exchange unit and the inductive transmission device of the external charging device can be compensated by pivoting the first inductive exchange unit accordingly. In this way, transmission losses during the inductive transmission of electrical energy from the inductive transmission device to the inductive exchange unit can be reduced. A telescopic device preferably has a plurality of tubes and/or profiles that can be slid into one another. A telescopic device enables a translatory movement of the first inductive exchange unit with simple means and has the further advantage that it requires relatively little space when retracted.

Vorzugsweise weist die mechanische Verstellvorrichtung eine Sensorvorrichtung zum automatischen Ermitteln einer relativen Lage der ersten induktiven Austauscheinheit zur induktiven Übertragungsvorrichtung der externen Ladevorrichtung auf. Die Sensorvorrichtung kann beispielsweise eine Kamera und/oder einen B-Feldsensor aufweisen. Durch das Ermitteln der relativen Lage der ersten induktiven Austauscheinheit zur induktiven Übertragungsvorrichtung ist auf vorteilhafte Weise ein Ausrichten der ersten induktiven Austauscheinheit zur induktiven Übertragungsvorrichtung mit einfachen Mitteln sowie auf eine kostengünstige Art und Weise verbesserbar. Die Sensorvorrichtung ist vorzugsweise mit einer Steuerungsvorrichtung des elektrischen Energiesystems zum Steuern der mechanischen Verstellvorrichtung elektrisch gekoppelt. Eine derartige Sensorvorrichtung hat den Vorteil, dass das Ausrichten der ersten induktiven Austauscheinheit zur induktiven Übertragungsvorrichtung vollautomatisch durchführbar ist, ohne dass ein Eingreifen durch einen Fahrer des Kraftfahrzeugs erforderlich ist. Hierdurch ist ein Ladevorgang besonders komfortabel und effizient.The mechanical adjusting device preferably has a sensor device for automatically determining a position of the first inductive exchange unit relative to the inductive transmission device of the external charging device. The sensor device can have a camera and/or a B-field sensor, for example. By determining the position of the first inductive exchange unit relative to the inductive transmission device, alignment of the first inductive exchange unit with respect to the inductive transmission device can advantageously be improved with simple means and in a cost-effective manner. The sensor device is preferably electrically coupled to a control device of the electrical energy system for controlling the mechanical adjustment device. Such a sensor device has the advantage that the alignment of the first inductive exchange unit to the inductive transmission device can be carried out fully automatically, without the driver of the motor vehicle having to intervene. This makes charging particularly convenient and efficient.

Es ist erfindungsgemäß bevorzugt, dass die mechanische Verstellvorrichtung mindestens eine Führungsschiene und einen entlang der Führungsschiene geführten Verstellschlitten aufweist. Die Führungsschiene kann beispielsweise starr oder verschwenkbar an dem elektrischen Energiesystem angeordnet sein. Der Verstellschlitten ist vorzugsweise formschlüssig an der Führungsschiene gehalten. Eine derartige mechanische Verstellvorrichtung hat den Vorteil, dass ein präzises Verstellen der ersten induktiven Austauscheinheit mit einfachen Mitteln sowie kostengünstig gewährleistet ist.It is preferred according to the invention that the mechanical adjustment device has at least one guide rail and an adjustment carriage guided along the guide rail. The guide rail can, for example, be arranged rigidly or pivotably on the electrical energy system. The adjustment carriage is preferably held in a form-fitting manner on the guide rail. Such a mechanical adjustment device has the advantage that precise adjustment of the first inductive exchange unit is ensured with simple means and at low cost.

Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe durch ein Kraftfahrzeug gelöst. Das Kraftfahrzeug weist einen Elektromotor zum Antreiben des Kraftfahrzeugs auf. Erfindungsgemäß weist das Kraftfahrzeug ein erfindungsgemäßes elektrisches Energiesystem für ein Kraftfahrzeug auf. Das elektrische Energiesystem ist vorzugsweise im Inneren des Kraftfahrzeugs bzw. zumindest im Wesentlichen im Inneren des Kraftfahrzeugs angeordnet. Die erste induktive Austauscheinheit ist vorzugsweise mittels der mechanischen Verstellvorrichtung zwischen dem Fahrzeuginneren und dem Fahrzeugäußeren verstellbar. Der Elektromotor ist elektrisch mit dem elektrischen Energiesystem gekoppelt. Es kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass das Kraftfahrzeug einen Verbrennungsmotor aufweist. Der Verbrennungsmotor ist vorzugsweise zum Antreiben des Kraftfahrzeugs und/oder zum Antreiben eines Generators bzw. eines Elektromotors im Generatorbetrieb zum Generieren elektrischen Stroms ausgebildet. Der Elektromotor kann zum unabhängigen Antreiben des Kraftfahrzeugs und/oder zum Unterstützen des Verbrennungsmotors zum Antreiben des Kraftfahrzeugs ausgebildet sein.According to a second aspect of the invention, the object is achieved by a motor vehicle. The motor vehicle has an electric motor for driving the motor vehicle. According to the invention, the motor vehicle has an electrical energy system according to the invention for a motor vehicle. The electrical energy system is preferably arranged in the interior of the motor vehicle or at least essentially in the interior of the motor vehicle. The first inductive exchange unit can preferably be adjusted between the vehicle interior and the vehicle exterior by means of the mechanical adjustment device. The electric motor is electrically coupled to the electrical power system. It can be provided according to the invention that the motor vehicle has an internal combustion engine. The internal combustion engine is preferably for driving the motor vehicle and/or for driving ben of a generator or an electric motor in generator mode for generating electrical current. The electric motor can be designed to drive the motor vehicle independently and/or to support the internal combustion engine in driving the motor vehicle.

Bei dem beschriebenen Kraftfahrzeug ergeben sich sämtliche Vorteile, die bereits zu einem elektrischen Energiesystem für ein Kraftfahrzeug gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung beschrieben worden sind. Demnach hat das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug gegenüber herkömmlichen Kraftfahrzeugen den Vorteil, dass mit einfachen Mitteln sowie auf eine kostengünstige Art und Weise eine relative Ausrichtung der induktiven Übertragungsvorrichtung zur induktiven Austauscheinheit zur Übertragung elektrischer Energie verbessert ist. Die verbesserte Ausrichtung hat den Vorteil, dass die induktive Übertragung elektrischer Energie von der induktiven Übertragungsvorrichtung zur induktiven Austauscheinheit verbessert ist und induktive Übertragungsverluste reduziert sind.All the advantages that have already been described for an electrical energy system for a motor vehicle according to the first aspect of the invention result from the described motor vehicle. Accordingly, the motor vehicle according to the invention has the advantage over conventional motor vehicles that a relative alignment of the inductive transmission device to the inductive exchange unit for transmitting electrical energy is improved with simple means and in a cost-effective manner. The improved orientation has the advantage that the inductive transmission of electrical energy from the inductive transmission device to the inductive exchange unit is improved and inductive transmission losses are reduced.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung kann bei einem erfindungsgemäßen Kraftfahrzeug ein bewegbarer Deckel zum Abdecken der innerhalb des Kraftfahrzeugs angeordneten ersten induktiven Austauscheinheit vorgesehen sein. Der Deckel ist vorzugsweise im Bereich eines Bodenblechs des Kraftfahrzeugs angeordnet und schirmt die erste induktive Austauscheinheit zur Fahrbahn hin ab, insbesondere vor Wasser, Schmutz, Steine, Schnee oder dergleichen. Vorzugsweise ist der Deckel zu dem Bodenblech mittels einer Dichtungsvorrichtung abgedichtet, um ein Eindringen von Wasser, Schmutz, Steine, Schnee oder dergleichen ins Innere des Kraftfahrzeugs zu vermeiden. Weiter bevorzugt ist der Deckel an der ersten induktiven Austauscheinheit oder der mechanischen Verstellvorrichtung befestigt, sodass durch Bewegung der ersten induktiven Austauscheinheit bzw. der mechanischen Verstellvorrichtung der Deckel bewegbar ist. Dies hat den Vorteil, dass die Anzahl erforderlicher Komponenten des Kraftfahrzeugs reduziert ist.According to a preferred development of the invention, a movable cover can be provided in a motor vehicle according to the invention to cover the first inductive exchange unit arranged inside the motor vehicle. The cover is preferably arranged in the area of a floor panel of the motor vehicle and shields the first inductive exchange unit from the road, in particular from water, dirt, stones, snow or the like. The cover is preferably sealed off from the floor panel by means of a sealing device in order to prevent water, dirt, stones, snow or the like from penetrating into the interior of the motor vehicle. More preferably, the cover is attached to the first inductive exchange unit or the mechanical adjustment device, so that the cover can be moved by moving the first inductive exchange unit or the mechanical adjustment device. This has the advantage that the number of required components of the motor vehicle is reduced.

Ein erfindungsgemäßes elektrisches Energiesystem sowie ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug werden nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen jeweils schematisch:

1 in einer Seitenansicht eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen elektrischen Energiesystems in der Koppelposition,
2 in einer Seitenansicht das elektrische Energiesystem aus 1 in der Ladeposition,
3 einen Schaltplan einer bevorzugten ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen elektrischen Energiesystems,
4 in einer Seitenansicht eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs,
5 einen Schaltplan einer bevorzugten zweiten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen elektrischen Energiesystems, und
6 einen Schaltplan einer bevorzugten dritten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen elektrischen Energiesystems.

An electrical energy system according to the invention and a motor vehicle according to the invention are explained in more detail below with reference to drawings. They each show schematically:

1 in a side view a preferred embodiment of an electrical energy system according to the invention in the coupling position,
2 the electrical power system in a side view 1 in the loading position,
3 a circuit diagram of a preferred first embodiment of an electrical energy system according to the invention,
4 in a side view a preferred embodiment of a motor vehicle according to the invention,
5 a circuit diagram of a preferred second embodiment of an electrical energy system according to the invention, and
6 a circuit diagram of a preferred third embodiment of an electrical power system according to the invention.

Elemente mit gleicher Funktion und Wirkungsweise sind in den 1 bis 6 jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen.Elements with the same function and mode of action are in the 1 until 6 each provided with the same reference numerals.

In 1 ist eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen elektrischen Energiesystems 1 in einer Koppelposition K schematisch in einer Seitenansicht abgebildet. Das elektrische Energiesystem 1 weist eine als Batterie ausgebildete erste Stromquelle 3 und eine mit der ersten Stromquelle 3 gekoppelten ersten induktiven Austauscheinheit 5 auf. Ferner weist das elektrische Energiesystem 1 eine zweite induktive Austauscheinheit 10 auf, welche mit einer zweiten Stromquelle 9 des elektrischen Energiesystems 1 gekoppelt ist. Die erste Stromquelle 3 ist mit einem Elektromotor 4 und einem Nebenverbraucher 17 elektrisch gekoppelt. In der in 1 dargestellten Koppelposition K ist die erste induktive Austauscheinheit 5 mittels einer mechanischen Verstellvorrichtung 8 des elektrischen Energiesystems 1 derart zur zweiten induktiven Austauscheinheit 10 angeordnet, dass die erste induktive Austauscheinheit 5 und die zweite induktive Austauscheinheit 10 einen DCDC Wandler bilden. Somit kann in der Koppelposition K ein Energieaustausch durch Induktion zwischen der ersten induktiven Austauscheinheit 5 und der zweiten induktiven Austauscheinheit 10 stattfinden. Beispielsweise kann eine als Batterie ausgebildete zweite Stromquelle 9 über die erste Stromquelle 3 geladen werden. Ebenso kann elektrische Energie von der zweiten Stromquelle 9 zum Betreiben des Elektromotors 4 bereitgestellt werden. Die mechanische Verstellvorrichtung 8 weist eine Führungsschiene 14 auf, an der ein Verstellschlitten 15 der mechanischen Verstellvorrichtung 8 linear geführt ist. Auf dem Verstellschlitten 15 ist eine Schwenkvorrichtung 11 der mechanischen Verstellvorrichtung 8 angeordnet, wobei an der Schwenkvorrichtung eine weitere Führungsschiene 14 der mechanischen Verstellvorrichtung 8 verschwenkbar angeordnet ist. Auf der Weiteren Führungsschiene 14 ist ebenfalls ein Verstellschlitten 15 der mechanischen Verstellvorrichtung 8 linear geführt, an welchem die erste induktive Austauscheinheit 5 gehalten ist. In diesem Ausführungsbeispiel ist an der ersten induktiven Austauscheinheit 5 eine Sensorvorrichtung 13 angeordnet. Mittels der Sensorvorrichtung 13 ist ein besonders präzises Ausrichten der ersten induktiven Austauscheinheit 5 zu einer induktiven Übertragungsvorrichtung 6 (vgl. 2) einer externen Ladevorrichtung 7 (vgl. 2) gewährleistbar.In 1 a preferred embodiment of an electrical energy system 1 according to the invention in a coupling position K is shown schematically in a side view. The electrical energy system 1 has a first power source 3 embodied as a battery and a first inductive exchange unit 5 coupled to the first power source 3 . Furthermore, the electrical energy system 1 has a second inductive exchange unit 10 which is coupled to a second power source 9 of the electrical energy system 1 . The first power source 3 is electrically coupled to an electric motor 4 and an auxiliary consumer 17 . in the in 1 shown coupling position K, the first inductive exchange unit 5 is arranged by means of a mechanical adjustment device 8 of the electrical energy system 1 to the second inductive exchange unit 10 that the first inductive exchange unit 5 and the second inductive exchange unit 10 form a DCDC converter. Thus, in the coupling position K, an energy exchange can take place by induction between the first inductive exchange unit 5 and the second inductive exchange unit 10 . For example, a second power source 9 designed as a battery can be charged via the first power source 3 . Likewise, electrical energy can be provided by the second power source 9 for operating the electric motor 4 . The mechanical adjustment device 8 has a guide rail 14 on which an adjustment carriage 15 of the mechanical adjustment device 8 is linearly guided. A swiveling device 11 of the mechanical adjusting device 8 is arranged on the adjusting carriage 15, with a further guide rail 14 of the mechanical adjusting device 8 being arranged in a swiveling manner on the swiveling device. An adjustment carriage 15 of the mechanical adjustment device 8 is also linearly guided on the further guide rail 14, on which the first inductive exchange unit 5 is held. In this exemplary embodiment, a sensor device 13 is arranged on the first inductive exchange unit 5 . Using the sensor device 13 is a particularly precise alignment of the first inductive Exchange unit 5 to an inductive transmission device 6 (cf. 2 ) an external charging device 7 (cf. 2 ) guaranteed.

In 2 ist das elektrische Energiesystem 1 aus 1 in der Ladeposition schematisch in einer Seitenansicht abgebildet. Die erste induktive Austauscheinheit 5 ist mittels der mechanischen Verstellvorrichtung 8 in eine Ladeposition L angeordnet. In der Ladeposition L ist die erste induktive Austauscheinheit 5 einer induktiven Übertragungsvorrichtung 6 einer externen Ladevorrichtung 7 zur induktiven Aufnahme elektrischer Energie benachbart angeordnet. Die mechanische Verstellvorrichtung 8 ist ausgebildet, die erste induktive Austauscheinheit 5 zumindest zwischen der Koppelposition K und der Ladeposition L zu bewegen.In 2 the electrical power system 1 is off 1 shown schematically in a side view in the loading position. The first inductive exchange unit 5 is arranged in a loading position L by means of the mechanical adjusting device 8 . In the charging position L, the first inductive exchange unit 5 is arranged adjacent to an inductive transmission device 6 of an external charging device 7 for inductively absorbing electrical energy. The mechanical adjustment device 8 is designed to move the first inductive exchange unit 5 at least between the coupling position K and the loading position L.

In 3 ist ein Schaltplan einer bevorzugten ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen elektrischen Energiesystems 1 schematisch abgebildet. In einem rechten Bereich des elektrischen Energiesystems 1 ist die erste Stromquelle 3 angeordnet, welche mit der ersten induktiven Austauscheinheit 5 elektrisch gekoppelt ist. In einem linken Bereich des elektrischen Energiesystems 1 ist die zweite Stromquelle 9 angeordnet, welche mit der zweiten induktiven Austauscheinheit 10 elektrisch gekoppelt ist. Die erste induktive Austauscheinheit 5 ist in der Koppelposition K angeordnet.In 3 a circuit diagram of a preferred first embodiment of an electrical energy system 1 according to the invention is shown schematically. The first power source 3 , which is electrically coupled to the first inductive exchange unit 5 , is arranged in a right-hand area of the electrical energy system 1 . The second power source 9 , which is electrically coupled to the second inductive exchange unit 10 , is arranged in a left-hand area of the electrical energy system 1 . The first inductive exchange unit 5 is arranged in the coupling position K.

In 4 ist eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs 2 schematisch in einer Seitenansicht abgebildet. Das Kraftfahrzeug 2 weist ein erfindungsgemäßes elektrisches Energiesystem 1 mit einer ersten Stromquelle 3, einer ersten induktiven Austauscheinheit 5, einer zweiten induktiven Austauscheinheit 10, einer zweiten Stromquelle 9 und einer Steuerungsvorrichtung 18 zum Steuern des elektrischen Energiesystems 1 auf. Die erste induktive Austauscheinheit 5 ist mittels einer eine Teleskopvorrichtung 12 aufweisenden mechanischen Verstellvorrichtung 8 des elektrischen Energiesystems 1 bewegbar. Die erste induktive Austauscheinheit 5 ist einer induktiven Übertragungsvorrichtung 6 einer externen Ladevorrichtung 7 zugewandt und in der der Ladeposition L angeordnet. Ferner weist das elektrische Energiesystem 1 einen horizontal verschiebbaren Deckel 16 auf, welcher zum Abdecken der ersten induktiven Austauscheinheit 5 ausgebildet ist, wenn die erste induktive Austauscheinheit 5 in der Koppelposition K angeordnet ist. In der abgebildeten Ladeposition L ist der Deckel 16 in einer geöffneten Position angeordnet und gibt die erste induktive Austauscheinheit 5 nach außen frei. Die erste induktive Austauscheinheit 5 ragt etwas aus dem Bodenblech des Kraftfahrzeugs 2 heraus.In 4 a preferred embodiment of a motor vehicle 2 according to the invention is shown schematically in a side view. The motor vehicle 2 has an electrical energy system 1 according to the invention with a first power source 3 , a first inductive exchange unit 5 , a second inductive exchange unit 10 , a second power source 9 and a control device 18 for controlling the electrical energy system 1 . The first inductive exchange unit 5 can be moved by means of a mechanical adjustment device 8 of the electrical energy system 1 that has a telescopic device 12 . The first inductive exchange unit 5 faces an inductive transmission device 6 of an external charging device 7 and is arranged in the charging position L. Furthermore, the electrical energy system 1 has a horizontally displaceable cover 16 which is designed to cover the first inductive exchange unit 5 when the first inductive exchange unit 5 is arranged in the coupling position K. In the charging position L shown, the cover 16 is arranged in an open position and releases the first inductive exchange unit 5 to the outside. The first inductive exchange unit 5 protrudes slightly from the floor panel of the motor vehicle 2 .

In 5 ist ein Schaltplan einer bevorzugten zweiten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen elektrischen Energiesystems 1 schematisch abgebildet. Das elektrische Energiesystem 1 weist einen 3-Level Umrichter auf, welcher mit der ersten Stromquelle 9 gekoppelt ist. Die erste induktive Austauscheinheit 5 ist in der Koppelposition K angeordnet und somit der zweiten induktiven Austauscheinheit 10 benachbart.In 5 a circuit diagram of a preferred second embodiment of an electrical energy system 1 according to the invention is shown schematically. The electrical energy system 1 has a 3-level converter which is coupled to the first power source 9 . The first inductive exchange unit 5 is arranged in the coupling position K and is therefore adjacent to the second inductive exchange unit 10 .

In 6 ist ein Schaltplan einer bevorzugten dritten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen elektrischen Energiesystems 1 schematisch abgebildet. Das elektrische Energiesystem 1 weist einen 2-Level Umrichter auf, welcher mit der ersten Stromquelle 9 gekoppelt ist. Die erste induktive Austauscheinheit 5 ist in der Koppelposition K angeordnet und somit der zweiten induktiven Austauscheinheit 10 benachbart.In 6 a circuit diagram of a preferred third embodiment of an electrical energy system 1 according to the invention is shown schematically. The electrical energy system 1 has a 2-level converter which is coupled to the first power source 9 . The first inductive exchange unit 5 is arranged in the coupling position K and is therefore adjacent to the second inductive exchange unit 10 .

BezugszeichenlisteReference List

11: elektrisches Energiesystemelectrical power system
22: Kraftfahrzeugmotor vehicle
33: erste Stromquellefirst power source
44: Elektromotorelectric motor
55: erste induktive Austauscheinheitfirst inductive exchange unit
66: induktive Übertragungsvorrichtunginductive transmission device
77: externe Ladevorrichtungexternal charger
88th: mechanische Verstellvorrichtungmechanical adjustment device
99: zweite Stromquellesecond power source
1010: zweite induktive Austauscheinheitsecond inductive exchange unit
1111: Schwenkvorrichtungswivel device
1212: Teleskopvorrichtungtelescopic device
1313: Sensorvorrichtungsensor device
1414: Führungsschieneguide rail
1515: Verstellschlittenadjustable slide
1616: Deckellid
1717: Nebenverbrauchersecondary consumers
1818: Steuerungsvorrichtung control device
KK: Koppelpositioncoupling position
LL: Ladepositionloading position

Claims

Electrical energy system (1) for a motor vehicle (2), having a first power source (3) designed as a battery for storing and providing electrical energy for an electric motor (4) of the motor vehicle (2) and a first inductive exchange unit (5) for inductive activation Taking electrical energy from an inductive transmission device (6) of an external charging device (7) for charging the first power source (3), characterized in that the electrical energy system (1) has a mechanical adjustment device (8) for adjusting a relative position of the inductive exchange unit ( 5) to the first power source (3), wherein the electrical energy system (1) has a second power source (9) and a second inductive exchange unit (10), wherein the mechanical adjustment device (8) is designed, the first inductive exchange unit (5) to be aligned with the second inductive exchange unit (10) in a coupling position (K) such that electrical energy can be inductively exchanged between the first inductive exchange unit (5) and the second inductive exchange unit (10).

Electrical power system (1) according to claim 1 , characterized in that the mechanical adjusting device (8) is designed to move the inductive exchange unit (5) with three linear degrees of freedom.

Electrical power system (1) according to claim 1 or 2 , characterized in that the second power source (9) is designed as a battery or fuel cell.

Electrical energy system (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the first inductive exchange unit (5) and the second inductive exchange unit (10) form a DCDC converter in the coupling position (K).

Electrical energy system (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the mechanical adjusting device (8) has a pivoting device (11), by means of which the first inductive exchange unit (5) can be pivoted about at least one pivot axis (S), and/or a Telescopic device (12), by means of which the first inductive exchange unit (5) is linearly movable.

Electrical energy system (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the mechanical adjusting device (8) has a sensor device (13) for automatically determining a position of the first inductive exchange unit (5) relative to the inductive transmission device (6) of the external charging device (7 ) having.

Electrical energy system (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the mechanical adjustment device (8) has at least one guide rail (14) and an adjustment carriage (15) guided along the guide rail (14).

Motor vehicle (2) having an electric motor (4) for driving the motor vehicle (2), characterized in that the motor vehicle (2) has an electrical energy system (1) according to one of Claims 1 until 7 having.

Motor vehicle (2) after claim 8 , characterized in that the motor vehicle (2) has a movable cover (16) for covering the first inductive exchange unit (5) arranged inside the motor vehicle (2).