CN104916420B - 用于能电运行的机动车的能量吸收装置及其运行方法 - Google Patents

用于能电运行的机动车的能量吸收装置及其运行方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于能电运行的机动车(11)的能量吸收装置(1)，其具有感应线圈(2)，该感应线圈设计用于为机动车(11)的蓄能器(4)进行加载。该能量吸收装置(1)包括屏蔽装置，借助于该屏蔽装置能将感应线圈(2)相对于机动车(11)屏蔽。屏蔽装置(5)具有至少一个在车辆横向方向(13)和/或在车辆纵向方向(14)上将感应线圈(2)与机动车(11)分离的第一屏蔽组件(6)以及至少一个在车辆高度方向(12)上向上地将感应线圈(2)与机动车(11)分离的第二屏蔽组件(7)，其与第一屏蔽组件(6)相连接。本发明还涉及一种用于运行该用于能电运行的机动车(11)的能量吸收装置(1)的方法。

Description

用于能电运行的机动车的能量吸收装置及其运行方法
技术领域
本发明涉及一种用于能电运行的机动车的能量吸收装置，其具有感应线圈，该感应线圈设计用于为机动车的蓄能器进行加载。此外，本发明涉及一种用于运行该用于能电运行的机动车的能量吸收装置的方法。
背景技术
对于这样的能量吸收装置而言，借助于外部感应线圈(初级线圈)给感应线圈(次级线圈)施加电磁场。在此施加中，借助于外部感应线圈的自身变化的磁场为机动车内部蓄能器进行加载。该蓄能器例如能够构造为所谓的高压电池。与利用矿物燃料(例如LPG，CNG，汽油或柴油)补充燃料相反，在感应加载中实现了无接触能量存储，其中，不必通过驾驶员或进行加油的人员来监控。因为不同于利用矿物燃料补充燃料的情况，在感应加载中不必开放灌入口以灌入燃料，所以与利用矿物燃料补充燃料相反，在感应加载中不存在排放例如溢出的燃油蒸汽的风险。相应地，也不存在爆炸风险，因此感应加载特别安全。一个或多个初级线圈(外部感应线圈)能够例如安装在公共停车场，其中，装备有感应线圈的机动车在这种停车场停驻期间补充燃料或在停车期间对蓄能器(高压电池)进行加载。
然而，在线圈系统的次级端中、即在感应线圈中的加载过程中以及在感应交流电压的整流中会出现损耗或功率损耗。
发明内容
本发明的目的在于，提出一种开头所述类型的能量吸收装置，利用该装置在感应加载中能够产生特别低的损耗，并且能够特别有效地排出累积的功率损耗。
该目的通过本发明的能量吸收装置并且通过本发明的方法来实现。
根据本发明的能量吸收装置包括屏蔽装置，借助于该屏蔽装置能将感应线圈相对于机动车屏蔽，其中，该屏蔽装置具有至少一个将感应线圈在车辆横向方向和/或在车辆纵向方向上与机动车分离的第一屏蔽组件以及至少一个将感应线圈在车辆高度方向上向上地与机动车分离的第二屏蔽组件，该第二屏蔽组件与第一屏蔽组件相连接。
能量吸收装置不仅适用于接收电能、即适用于为机动车的感应线圈进行加载，也适用于将电能反馈到供电网中。在反馈时，车辆内部的蓄能器(例如高压电池)至少部分地卸载。当将机动车的蓄能器设置为用于电网的网络缓冲器(“vehicle-to-grid”应用)时，这样的供电和反馈例如是有意义的。换句话说，该能量吸收装置可双向运行，其中，既能够吸收能量，也能够输出能量。感应线圈(次级线圈)优选地布置在汽车的车辆底部，其中借助于屏蔽装置，甚至在感应加载期间都特别局部地限制了出现的电磁辐射，并且因此以特别的程度保持车辆内部的部件、例如娱乐系统不受感应的加载过程影响，并且因此不受电磁辐射干扰。因此，借助于屏蔽装置确保了特别高的电磁兼容性(EMV)。在感应加载时，外部感应线圈通常被引至感应线圈或相对于感应线圈地取向，以便实现特别高的加载效率并相应地实现特别低的损耗或特别低的功率损耗。为实现该目的，借助于屏蔽装置将机动车的部件或金属和铁磁组件与用于能量传输的(感应线圈的)磁场屏蔽起来。
借助于第一屏蔽组件在侧面或者朝向感应线圈的这些侧面地屏蔽感应线圈。换句话说，第一屏蔽组件布置在机动车和机动车的感应线圈之间。根据如何相对于感应线圈布置要屏蔽的车辆部件、例如娱乐系统或对辐射敏感的控制设备，第一屏蔽组件就能够构造出绕感应线圈的框架，并且与之相应地在车辆横向方向上、在车辆纵向方向上以及至少局部地额外地在车辆高度方向上环绕着感应线圈。明显的是，例如多个组件、即多个第一屏蔽组件也能够构造出这种(可能是封闭的)框架。然而，如果感应线圈例如布置在机动车端部(例如紧邻保险杠附近)，那么屏蔽有可能不在机动车端部(例如朝向保险杠)的方向上发生，其中，第一屏蔽组件随后例如能够仅U形地环绕感应线圈。相应地，只要由此并不预期电磁干扰，那么就能够至少局部地放弃分离或屏蔽。鉴于电磁兼容性的需求，因此，第一屏蔽组件能够在有关电磁兼容性的要求方面特别灵活地设计，并且也能够相应地仅局部地包围感应线圈，或者使其与机动车分离并与机动车其余部件相屏蔽。
第二屏蔽组件布置在感应线圈与机动车之间，并且同样能够像第一屏蔽组件那样构造为车辆底部的或机动车底部防护器的组件。相应地，第一屏蔽组件能够与第二屏蔽组件连接，并且与其共同形成槽或留空部，在该槽或留空部中插入有感应线圈，其中，感应线圈能够在此与剩余的车辆底部齐平地取向，即例如与邻接于第一屏蔽组件的机动车的碰撞架齐平。然后，感应线圈相应地在车辆高度方向上向上压凹(abgesenkt)并且在车辆高度方向上不从车辆底部向下突出。相应地，特别好地保护了感应线圈免受机械损伤、例如由于高速回旋的石头或树枝的损伤，或者保护了由于车辆底部蹭到车行道表面或位于车行道表面上的物体而导致感应线圈的脱落。
为实现优化的场引导，第一屏蔽组件和第二屏蔽组件共同构形成屏蔽板，借助于该屏蔽板在感应加载时将场线漏斗形地引导至感应线圈的(次级侧的)螺旋管的横截面(其在车辆高度方向或车辆横向方向上延伸)上。
在本发明的一个有利的设计方案中，至少一个第一屏蔽组件具有在车辆高度方向上向上V形收尾的侧面部分。
通过第一屏蔽组件的侧面部分或相应的彼此相对置的侧面部分的V形布置，其中该相对置的侧面部分是第一屏蔽组件的组成部分或与第二屏蔽组件成钝角地连接至第一屏蔽组件，有可能将线圈系统的次级侧、即感应线圈这样集成在车辆底部，即，使感应线圈完全沉在车辆底部。通过该V形收尾，侧面部分与第二屏蔽组件围成钝角。
另一方面，通过该V形在感应加载时损耗特别低或功率损耗特别低的情况下实现了优化的场引导。
在本发明的另一个有利的设计方案中，至少一个第二屏蔽组件具有至少局部地大于至少一个第一屏蔽组件的壁厚度。
感应线圈(在车辆高度方向上向上)覆盖第二屏蔽组件的特别大的区域，其中，感应线圈要么抵靠第二屏蔽组件，要么通过缝隙与之分离。通过将第二屏蔽组件构造为局部更厚的、例如由铜构成的屏蔽板，在感应加载过程中产生涡流，该涡流抵抗励磁场，由此修整该励磁场并因此防止周围组件变热。
此外有利的是，第二屏蔽组件具有用于将热量从感应线圈排出的冷却区域。
为了将出现的功率损耗以热量形式排出到次级线圈，第二屏蔽组件在局部更厚的屏蔽板上具有冷却区域。在该冷却区域中进行热量分散。由热量分散引起的表面扩大能够实现相应更好的损耗排出。表面扩大能够通过屏蔽表面的处理(例如通过喷砂处理)而增大。如果放弃处理屏蔽表面，那么冷却区域、或这加厚的屏蔽板区域、或者第二屏蔽组件能够直接接触到热传导良好的介质以便排出热量。换句话说，冷却区域或加厚的屏蔽板能够例如紧贴配备有散热片的冷却部件，其原料或介质例如对应于具有特别高导热性能的金属。由此确保特别有效的热量排出。这种热传导良好的介质能够例如在车辆高度方向上向上地紧贴第二屏蔽组件并且由行车风环流以便改善热量排出。
此外特别有利的是，冷却区域能至少局部地由冷却介质流过。
为了实现特别高的冷却效率，除了热量排出或对其替代地，也能够借助于强制或自由的对流将冷却介质通过冷却区域输送到周围环境中，并且因此冷却区域能够例如构造为水冷却的热交换器。
此外有利的是，屏蔽装置至少部分地由铝构成。
铝同时具备热传导性能特别好的优点以及厚度特别薄的优点。相应地，铝不仅极好地适用于排出由功率损耗决定的热量，而且同时为减轻车辆重量做出贡献。
在根据本发明的用于运行用于能电运行的机动车的能量吸收装置的方法中，该能量吸收装置包括感应线圈，该感应线圈设计用于为机动车的蓄能器进行加载，该能量吸收装置包括屏蔽装置，借助于该屏蔽装置能将感应线圈相对于机动车屏蔽，其中屏蔽装置包括至少一个第一屏蔽组件，通过该第一屏蔽组件将感应线圈在车辆横向方向和/或在车辆纵向方向上与机动车相分离，并且为机动车屏蔽电磁场，并且其中屏蔽装置至少包括一个与第一屏蔽组件相连接的第二屏蔽组件，通过该第二屏蔽组件将感应线圈在车辆高度方向上向上地与机动车相分离，并且为机动车屏蔽电磁场。
通过这种方法，在感应加载时出现特别低的损耗或功率损耗，该损耗或功率损耗以热量形式有效地排放到周围环境中。
之前所述的特征和特征组合以及下面在附图说明中提到的和/或在附图中单独示出的特征和特征组合不仅能够以相应的所给出的组合来应用，也能够以其他的组合来应用又或者能够独自应用，而这并不脱离本发明的范围。
附图说明
本发明的其他优点、特征及细节从后面对优选的实施方式的说明中以及根据附图得出。
附图示出了包括感应线圈(次级线圈)的机动车能量吸收装置的剖面图。
具体实施方式
唯一的附图示出了用于能电运行的机动车11的能量吸收装置1，该机动车目前在图中仅以虚线示意性地示出。能量吸收装置1包括感应线圈2，该感应线圈可给外部感应线圈3施加电磁场，以用于为机动车11的蓄能器4进行加载。蓄能器4例如构造为所谓的高压电池，其与感应线圈2能量传输地耦合。蓄能器4与感应线圈2之间的耦合在当前不作进一步的表述。也被称为次级线圈的感应线圈2在吸收区域10中布置在机动车11的车辆底部17，该吸收区域通过由第一屏蔽组件6和第二屏蔽组件7组成的屏蔽装置5形成。
由第一屏蔽组件6和第二屏蔽组件7组成的屏蔽装置5构造为屏蔽板，在该屏蔽板中，感应线圈2在车辆高度方向12上向上压凹。感应线圈2因此布置为至少与车辆底部17或与车辆底部17的碰撞架9齐平。然而，感应线圈2以有利的方式在车辆高度方向12上向上地比碰撞架9更深。碰撞架9对于机械变形特别有抵抗能力，并且既能够例如矩形地围住屏蔽装置5，又能够矩形地围住容纳在屏蔽装置5的吸收区域10中的感应线圈2，由此特别好地保护了感应线圈2避免机械变形或损坏。
屏蔽装置5的第一屏蔽组件6将感应线圈在车辆横向方向13上以及额外地或可替代地在车辆纵向方向14上与机动车11分离。如在剖面图中所识别的那样，第一屏蔽组件6的相应的彼此相对置的侧面部分19形成了V形。换句话说，相应的侧面部分19在其想象的在车辆高度方向12上向上的延长中相互围成角，并且因此表现出不平行。换句话说，即单个侧面部分19相应地与第二屏蔽组件7形成钝角。
如已提及地，第一屏蔽组件6和第二屏蔽组件7构成槽状的吸收区域10中的屏蔽装置5，感应线圈2容纳在该吸收区域中。借助于屏蔽装置5，能将第二屏蔽组件7的背离外部感应线圈3的侧面16上的感应线圈2相对于机动车11屏蔽。屏蔽装置5、即屏蔽板在此如此成型，即在感应加载时将可能的场线漏斗形地引导至感应线圈2的次级侧螺旋管的横截面18上。由此借助于外部感应线圈3在感应加载时实现特别高的效率。
第二屏蔽组件7在当前具有大于第一屏蔽组件6的壁厚度D，第一屏蔽组件的壁厚度为d。此外，第二屏蔽组件7具有用于从感应线圈2排出热量的冷却区域8。由于屏蔽板(屏蔽装置5)在第二屏蔽组件7的区域中具有特别大的壁厚度D，因此能够在感应加载时形成涡流，该涡流抵抗励磁场，由此修整该励磁场并因此防止机动车11的周围组件或部件变热。在优选的实施方式中，屏蔽装置5至少部分地由铝构成，由此能够明显的节省重量。第一屏蔽组件6或第一屏蔽组件6的V形布置的侧面部分19的主要目的在于漏斗形地引导磁场以及屏蔽相应的车辆部件，这些部件在车辆高度方向12上位于车辆底部17或屏蔽装置5的上方。为实现该目的，完全能够使得侧面部分19的壁厚度d小于第二屏蔽组件7的壁厚度D。由于侧面部分19的壁厚度d能够相应特别薄地设计，因此能够减轻车辆重量并且因此节约用于使机动车11运动的能量。
第二屏蔽组件7或其冷却区域8(壁厚度D)的目的不仅在于在感应加载时将位于车辆底部17周围的金属和铁磁组件或部件与磁场分离，该目的也在于排出在感应加载时由于损耗或功率损耗而产生的热量。由于壁厚度D大于壁厚度d，因此能够首先考虑第二屏蔽组件7的冷却区域8以用于热量分散。由于热量分散导致的表面扩大使得借助于第二屏蔽组件7的冷却区域8实现更好的热量或损耗排出。在此，冷却区域8不仅能够完全由用作冷却介质15的铝构成，也能够由液体的冷却介质15流过。相应地，冷却区域8能够例如构造为由冷却水流过的热交换器。

Claims (5)

1.一种用于能电运行的机动车(11)的能量吸收装置(1)，所述能量吸收装置具有感应线圈(2)，所述感应线圈设计用于为所述机动车(11)的蓄能器(4)进行加载，其特征在于，
所述能量吸收装置(1)包括屏蔽装置(5)，借助于所述屏蔽装置能将所述感应线圈(2)相对于所述机动车(11)屏蔽，其中
所述屏蔽装置(5)具有至少一个在车辆横向方向(13)和/或在车辆纵向方向(14)上将所述感应线圈(2)与所述机动车(11)分离的第一屏蔽组件(6)以及至少一个在车辆高度方向(12)上向上地将所述感应线圈(2)与所述机动车(11)分离的第二屏蔽组件(7)，所述第二屏蔽组件与所述第一屏蔽组件(6)相连接，其中，至少一个所述第二屏蔽组件(7)至少局部地具有大于至少一个所述第一屏蔽组件(6)的壁厚度(D)，
所述第一屏蔽组件和第二屏蔽组件共同构形成屏蔽板，借助于所述屏蔽板在感应加载时将场线引导至所述感应线圈，
至少一个所述第一屏蔽组件(6)具有在车辆高度方向(12)上向上V形收尾的侧面部分(19)。
2.根据权利要求1所述的能量吸收装置(1)，其特征在于，所述第二屏蔽组件(7)具有用于将热量从所述感应线圈(2)排出的冷却区域(8)。
3.根据权利要求2所述的能量吸收装置(1)，其特征在于，所述冷却区域(8)能至少局部地由冷却介质(15)流过。
4.根据权利要求1至3中任一项所述能量吸收装置(1)，其特征在于，所述屏蔽装置(5)至少部分地由铝构成。
5.一种用于运行用于能电运行的机动车(11)的能量吸收装置(1)的方法，所述能量吸收装置包括感应线圈(2)，所述感应线圈设计用于为所述机动车(11)的蓄能器(4)进行加载，其特征在于，所述能量吸收装置(1)包括屏蔽装置(5)，借助于所述屏蔽装置能将所述感应线圈(2)相对于所述机动车(11)屏蔽，其中
所述屏蔽装置(5)包括至少一个第一屏蔽组件(6)，通过所述第一屏蔽组件将所述感应线圈(2)在车辆横向方向(13)和/或在车辆纵向方向(14)上与所述机动车(11)分离，并且为所述机动车(11)屏蔽电磁场，并且其中所述屏蔽装置(5)包括至少一个与所述第一屏蔽组件(6)相连接的第二屏蔽组件(7)，通过所述第二屏蔽组件将所述感应线圈(2)在车辆高度方向上(12)向上地与所述机动车(11)分离并且为所述机动车(11)屏蔽电磁场，其中，至少一个所述第二屏蔽组件(7)至少局部地具有大于至少一个所述第一屏蔽组件(6)的壁厚度(D)，
所述第一屏蔽组件和第二屏蔽组件共同构形成屏蔽板，借助于所述屏蔽板在感应加载时将场线引导至所述感应线圈，
至少一个所述第一屏蔽组件(6)具有在车辆高度方向(12)上向上V形收尾的侧面部分(19)。
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