DE10049321A1 - Vorrichtung zur externen Spannungseinspeisung - Google Patents

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur externen Stromeinspeisung in ein Kraftfahrzeug, zur Stromversorgung von elektrischen Verbrauchern (7), die intern an einen Stromspeicher eines Kraftfahrzeug-Bordnetzes angeschlossen sind. Um den Betrieb von Verbrauchern wie insbesondere elektronische Zugangsberechtigungssystemen auch dann zu ermöglichen, wenn das Bordnetz beispielsweise durch Entladung oder Defekt des Stromspeichers ausfällt, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass in dem Kraftfahrzeug eine induktive Empfangseinrichtung (3) angeordnet ist, die zumindest mit einem Verbraucher (7) im Kraftfahrzeug verbunden ist und in die von außen induktiv elektrischer Strom einkoppelbar ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur externen Spannungseinspeisung in ein Kraftfahrzeug, zur Stromversorgung von elektrischen Verbrauchern, die intern an einen Stromspeicher eines Kraftfahrzeug-Bordnetzes angeschlossen sind.

In einem Kraftfahrzeug werden sämtliche elektrischen Hilfsaggregate sowie elektronische Einrichtungen von der Zündanlage bis hin zur Alarmanlage aus der Fahrzeug-Starter-Batterie gespeist, einem leistungsfähigen Akkumulator, der über die Lichtmaschine beim Betrieb des Antriebs- Verbrennungsmotors laufend nachgeladen wird. Dieser Stromspeicher stellt daher unter normalen Betriebsbedingungen hinreichend elektrische Energie für den Startvorgang sowie für elektrische Verbraucher zur Verfügung, die bei abgeschaltetem Verbrennungsmotor betrieben werden, beispielsweise Beleuchtungseinrichtungen, Alarmanlagen, Audioanlagen und dergleichen.

Von besonderer Bedeutung ist eine zuverlässige und durchgehende Stromversorgung für elektronische Zugangsberechtigungssysteme bzw. Fahrberechtigungssysteme, die auch als Keyless Entry-/Keyless Go-Systeme bezeichnet werden. Bei derartigen Systemen wird einer befugten Person der Zutritt zum Fahrzeug, durch Öffnen der Türen ermöglicht, ohne dass ein Schlossmechanismus manuell, beispielsweise mit einem konventionellen Schlüssel betätigt werden müsste. Im Gegensatz dazu wird bei derartigen Keyless-Systemen von einer zentralen elektronischen Steuereinheit in dem Kraftfahrzeug durch den drahtlosen Austausch kodierter Daten mit einer Identifikationseinrichtung, welche eine sich dem Fahrzeug nähernde Person mit sich führt, überprüft, ob diese Identifikationseinrichtung zur Nutzung des Fahrzeugs berechtigt. Bei einer diesbezüglich positiven Authentifizierung gibt die elektronische Steuereinheit über entsprechende elektrische Stellantriebe beispielsweise ein Türschloss frei und aktiviert ggf. weitere elektrische oder elektronische Betriebseinrichtungen.

Derartige elektronische Zugangsberechtigungssysteme bringen einen besonderen Bedienungskomfort mit sich. Unter sicherheitstechnischen Aspekten ist es in diesem Zusammenhang ebenfalls vorteilhaft, dass ein mechanisch mit einem Schlüssel zu betätigendes Schloss völlig wegfallen kann. Allerdings ist eine unabdingbare Voraussetzung für die Funktion eines derartigen Zugangsberechtigungssystems, dass der Kraftfahrzeug-Stromspeicher, d. h. die Bordbatterie zu jedem Zeitpunkt die Stromversorgung der elektronischen Steuereinheiten und der elektrischen Stellantriebe zur Betätigung der Schlösser zur Verfügung stellt. Wenn dies nämlich nicht der Fall ist, beispielsweise bei einer durch Kurzschlüsse oder anderweitig völlig entladenen Batterie, bleibt der Zugang zum Fahrzeug gesperrt, so dass selbst ein Abschleppen zur nächsten Service-Station nicht mehr möglich ist.

Die bei entladener Bordbatterie ansonsten durchgeführte Starthilfe durch externe Stromeinspeisung in das Bordnetz des havarierten Kraftfahrzeugs scheitert in der Regel daran, dass keine Zugangsmöglichkeit zu den Polklemmen besteht. Die Anbringung externer, frei von außen zugänglicher Anschlußklemmen, Steckkontakte oder dergleichen zur Stromeinspeisung ins Bordnetz wäre grundsätzlich nachteilig, da diese ebenfalls geschützt bzw. verriegelt werden müssten, um einer versehentlich oder unbefugten Stromentnahme, d. h. Entladung der Bordbatterie vorzubeugen. Außerdem können freiliegende Kontakte durch Korrosion und dergleichen beschädigt werden.

Die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Aufgabe ist die Schaffung einer Vorrichtung der eingangs genannten Art zur externen Stromeinspeisung in ein Kraftfahrzeug, die eine verbesserte Funktionalität aufweist. Insbesondere sollen die vorgenannten Probleme bei Zugangsberechtigungssystemen ohne mechanische Schließeinrichtungen vermieden werden.

Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung vor, dass in dem Kraftfahrzeug eine induktive Empfangseinrichtung angeordnet ist, die mit zumindest einem Verbraucher im Kraftfahrzeug verbunden ist und in die von außen induktiv elektrischer Strom einkoppelbar ist.

Die Erfindung nutzt das Prinzip der induktiven Energieübertragung, um elektrischen Strom von außen in ein Kraftfahrzeug-Bordnetz einzukoppeln. Das Grundprinzip dieser induktiven Energieübertragung besteht darin, mittels einer Sendeeinrichtung ein magnetisches Wechselfeld zu erzeugen, welches von der Empfangseinrichtung empfangen wird und dort in einen entsprechenden elektrischen Wechselstrom umgesetzt wird, wie bei der Energieübertragung in einem elektrischen Transformator.

Bei der erfindungsgemäßen Spannungseinspeisung ist eine derartige induktive Empfangseinrichtung im Kraftfahrzeug integriert, so dass mittels einer entsprechenden induktiven Sendereinrichtung von außen elektrische Energie in das Kraftfahrzeug-Bordnetz eingekoppelt werden kann. In dem Kraftfahrzeug ist der Ausgang der Empfangseinrichtung an das Bordnetz angeschlossen, so dass darin eingegliederte Betriebseinrichtungen, d. h. elektrische Verbraucher, mit dem erforderlichen Betriebsstrom versorgt werden können.

Über die induktive Empfangseinrichtung können elektrische Verbraucher in dem Kraftfahrzeug extern mit Betriebsstrom versorgt werden, und zwar insbesondere auch dann, wenn beispielsweise die Bordbatterie defekt oder so weit entladen ist, dass die Betriebsspannung nicht mehr ausreicht. Von besonderer Bedeutung ist dies zur Aktivierung von Zugangsberechtigungssystemen ohne mechanische Schlüssel. Über die erfindungsgemäße induktive Schnittstelle zur Stromeinspeisung ist es nämlich möglich, das elektronische Steuergerät im Fahrzeug sowie die elektromotorischen Schließeinrichtungen von außen zu aktivieren, so dass der Zugang zum Fahrzeug ermöglicht wird.

Ein besonderer Vorteil der erfindungsgemäßen induktiven Stromübertragung besteht darin, dass sie ohne spannungsführende mechanische Kontakte auskommt. Dadurch kann keine Beeinträchtigung durch Korrosion oder Verunreinigungen auftreten. Ein weiterer Vorteil ergibt sich daraus, dass über die induktive Empfangseinrichtung an dem Kraftfahrzeug nicht versehentlich Strom nach außen abfließen kann, beispielsweise durch Verunreinigungen oder leitende Verbindungen, welche bei freiliegenden elektrischen Kontakten ansonsten problematisch sein können. Ebenso wird verhindert, dass unbefugt von außen Strom aus dem Bordnetz abgezapft werden kann, was bei mechanischen Kontakten ansonsten nur mit zusätzlichem Aufwand erreichbar ist.

Die induktive Empfangseinrichtung kann wahlweise so geschaltet sein, dass sie zur Nachladung der Kraftfahrzeug- Bordbatterie genutzt wird, oder vorrangig zur Versorgung von elektrischen bzw. elektronischen Zugangssystemen dient. Entsprechend ist die Empfangseinrichtung mit dem Bordnetz verbunden, also parallel zur Bordbatterie. Alternativ kann die Empfangseinrichtung auch unmittelbar an die Steuereinheit eines elektronischen Fahrzeug-Zugangsberechtigungssystems bzw. Fahrberechtigungssystems angeschlossen sein. Die letztgenannte Schaltungsauslegung hat den Vorteil, dass auch dann, wenn beispielsweise ein Kurzschluss im Bordnetz vorliegt, über ein Zugangsberechtigungssystem die Fahrzeugtüren geöffnet werden können.

Die Empfangseinrichtung kann eine induktive Empfangsspule aufweisen, welche vorzugsweise auf einem magnetisierbaren Spulenkern angebracht ist, beispielsweise einem Eisenkern zur Erhöhung der magnetischen Flussdichte. Ein besonders hoher magnetischer Fluß, welcher für den Wirkungsgrad der Energieübertragung, d. h. der Stromeinkopplung günstig ist, wird dadurch erreicht, dass der Kern der Empfangsspule zusammen mit dem Kern einer von außen angesetzten Sendespule einer Einspeisungsvorrichtung geschlossene magnetische Flusslinien ausbildet. Dies kann bevorzugt dadurch realisiert werden, dass der Spulenkern einen U-förmigen Querschnitt hat. Ein derartiger Spulenkern kann beispielsweise als U-, E- oder Topfkern ausgebildet sein, wobei die freien Enden der Schenkel so nach außen gerichtet sind, so dass ein korrespondierender Kern einer dort angesetzten induktiven Sendespule den magnetischen Kreis schließt. Dadurch ist eine besonders effiziente Energieübertragung möglich.

Die induktive Empfangseinrichtung ist vorzugsweise in oder unter der Fahrzeugaußenhaut installiert. Zur Stromeinkopplung wird dann einfach eine entsprechende induktive Sendeeinrichtung an der betreffenden Stelle der Fahrzeugaußenhaut angesetzt, so dass das davon erzeugte magnetische Wechselfeld möglichst störungsfrei und vollständig in die Empfangsspule der Empfangseinrichtung einkoppelbar ist. Um die Sendeeinrichtung, d. h. den Spulenkern einer Sendespule, möglichst dicht an den Spulenkern der Empfangsspule heranbringen zu können, ist es vorteilhaft, dass der Spulenkern der Empfangsspule durch die Karosserieaußenhaut ragt. Das bedeutet, dass beispielsweise die freien Schenkel eines U-Kerns mit ihren Kontaktflächen in einer von außen zugänglichen Ebene der Karosseriewandung liegen. Im Bereich dieser magnetischen Spulenkernkoppelstellen muß hier gewährleistet sein, dass durch die Karosserieaußenhaut kein elektrischer oder magnetischer Kurzschluß erzeugt wird, beispielsweise dadurch, dass die Koppelstellen des Spulenkerns in eine Kunststofffläche eingegliedert sind.

Die Empfangseinrichtung kann hinter einer außenseitigen, lösbaren Schutzabdeckung angeordnet sein. Dadurch sind die Koppelstellen zum einen gegen Verunreinigung geschützt und zum anderen bei Nichtbenutzung von außen nicht sichtbar. Die Schutzabdeckung kann beispielsweise durch eine Fahrzeugkennzeichen-Trägerplatte gebildet werden, die als Schutzklappe für die Koppelstelle der Empfangseinrichtung abklappbar an der Karosserie angebracht ist.

An die Empfangsspule der Empfangseinrichtung kann eine Empfangselektronik angeschlossen sein, die dafür sorgt, dass das in die Empfangsspule eingekoppelte Impuls- oder Wechselstromsignal zur Einspeisung in das Bordnetz gleichgerichtet wird. Desweiteren können darin Sicherungseinrichtungen vorgesehen sein, beispielsweise ein Überspannungsschutz und dergleichen.

Zur Einspeisung von elektrischem Strom in das Bordnetz wird von außen eine induktive Sendeeinrichtung außerhalb des Kraftfahrzeuges angebracht. Diese induktive Sendeeinrichtung gemäß der erfindungsgemäßen Vorrichtung weist eine Sendespule auf, die auf einem mit der Empfangsspule korrespondierenden Spulenkern angeordnet ist. An diese Sendespule ist eine Sendeelektronik angeschlossen, welche die Spule mit Wechselstrom bzw. Stromimpulsen beaufschlagt. Über entsprechende Koppelstellen an der Sende- und der Empfangsspule wird das von der Sendeeinrichtung erzeugte magnetische Wechselfeld in die Empfangsspule eingekoppelt. Auf diese Weise bilden die Sendeeinrichtung und die Empfangseinrichtung einen elektromagnetischen Übertrager, der die magnetische Energieeinspeisung in das Kraftfahrzeug- Bordnetz ermöglicht.

Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden deutlich anhand der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die beiliegenden Abbildungen. Im einzelnen zeigt

Fig. 1 eine erfindungsgemäße Vorrichtung in einer schematischen Darstellung.

Fig. 1 zeigt in einer schematischen Darstellung eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur externen Stromeinspeisung in ein Kraftfahrzeug, welche als ganzes mit sämtlichen Komponenten mit dem Bezugszeichen 1 versehen ist. Innerhalb eines Kraftfahrzeuges mit einer Karosserie-Außenhaut 2 ist eine erfindungsgemäße induktive Empfangseinrichtung 3 untergebracht, die als Baugruppe gestrichelt eingezeichnet ist. Diese umfasst eine Empfangsspule 4, die auf einem Spulenkern 5 angeordnet ist, beispielsweise einem Transformatorenblechpaket oder einem Ferritkern. In der dargestellten Ausführungsform ist der Spulenkern 5 als einfacher Stabkern ausgebildet, von dem an einem Ende die Stirnseite in einer Ausnehmung in der Karosserie-Außenhaut 2 angeordnet ist, bzw. nach außen ragt. Praktisch kann dieser Spulenkern 5 jedoch auch als U-Kern ausgebildet sein, dessen freie Enden entsprechend durch die Karosserie-Außenhaut 2 geführt sind. Der von außen zugängliche Querschnitt des Spulenkerns 5 bildet die Koppelfläche der erfindungsgemäßen Empfangseinrichtung 3.

Die Empfangsspule 4 ist an eine Empfangselektronik 6 angeschlossen, die einen Gleichrichter, einen Überspannungsschutz und ggf. weitere Schaltkreise enthält.

Die Empfangselektronik 6 ist ihrerseits mit einem elektrischen Verbraucher 7 in dem Kraftfahrzeug bzw. mit dem Kraftfahrzeug-Bordnetz verbunden. Bevorzugt umfasst dieser Verbraucher 7 die elektronische Steuereinheit sowie die elektrischen Stellantriebe eines elektronische Zugangsberechtigungssystems (Keyless Entry-System).

Außerhalb der Karosserie-Außenhaut 2 ist eine erfindungsgemäße induktive Sendeeinrichtung 8 dargestellt. Diese umfasst eine Sendespule 9, welche im wesentlichen wie die Empfangsspule 4 ausgebildet ist und ebenfalls auf einem Spulenkern 10 angeordnet ist. Die Sendespule 9 ist an eine Sendeelektronik 11 angeschlossen, die einen Impuls- bzw. Wechselstromgenerator zur Beaufschlagung der Sendespule 9 enthält und beispielsweise am Bordnetz eines Hilfsfahrzeugs betrieben werden kann.

Die Sendespule 9 weist auf ihrer Stirnseite eine mit der Empfangsspule 4 korrespondierende Koppelfläche auf. Mit dieser können die Spulenkerne 5 und 10 stirnseitig aneinander gelegt werden, so dass der von der Sendespule 9 erzeugte magnetische Fluß über die Spulenkerne 10 und 5 auf die Empfangsspule 4 übertragen wird.

Die stirnseitige Koppelfläche der Empfangsspule 4 kann durch eine Schutzabdeckung in Form einer an der Karosserie 2 befestigten, nach oben aufklappbaren Abdeckklappe 12 oder dergleichen geschützt untergebracht sein. Diese Abdeckklappe 12 kann beispielsweise eine Fahrzeugkennzeichen-Trägerplatte sein.

Wenn bei einem Kraftfahrzeug die Bordbatterie defekt oder tief entladen ist, ist die Aktivierung der Zugangsberechtigungsanlage 7 nicht mehr möglich. Um diese zu aktivieren, kann über die erfindungsgemäße Vorrichtung mittels einer induktiven Sendeeinrichtung 8, die beispielsweise von einem mobilen Hilfsdienst mitgeführt wird, Strom ins Bordnetz eingekoppelt werden. Hierzu wird die Abdeckklappe 12 geöffnet, so dass der Zugang zur Koppelfläche der Empfangsspule 4 frei ist. Die korrespondierende Koppelfläche an dem Spulenkern 10 der in der Sendeeinrichtung 8 integrierten Sendespule 9 wird nun dagegen gesetzt und die Sendespule 9 durch die Sendeelektronik 11 mit elektrischen Impulsen bzw. Wechselstrom beaufschlagt. Diese werden über den Spulenkern 10 magnetisch auf den Spulenkern 5 übertragen, so dass entsprechend in der Empfangspule 4 elektrische Impulse bzw. Wechselstrom induziert werden. Die von der Empfangsspule 4 abgegebenen Wechselstromsignale werden in der Empfangselektronik 6 gleichgerichtet und ggf. auftretende Spannungsspitzen geglättet. Am Ausgang gibt diese Empfangselektronik 6 die Betriebsspannung für die Steuereinheit 7 des Zugangsberechtigungssystems ab, so dass dieses zur Öffnung der Fahrzeugtüren aktivierbar ist.

Die dargestellte induktive Stromeinspeisung ist relativ unempfindlich gegenüber Verunreinigungen und auch unter widrigen Umgebungsbedingungen gefahrlos durchführbar. Gegenüber freiliegenden elektrischen Kontakten hat die induktive Empfangseinrichtung 3 den besonderen Vorteil, dass über die Empfangsspule 4 kein Strom nach außen abfließen kann, so dass hier keine versehentliche Entladung oder bewußte Manipulation durchführbar ist.

Claims (11)

1. Vorrichtung zur externen Stromeinspeisung in ein Kraftfahrzeug, zur Stromversorgung von elektrischen Verbrauchern, die intern an einen Stromspeicher eines Kraftfahrzeug-Bordnetzes angeschlossen sind, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Kraftfahrzeug eine induktive Empfangseinrichtung (3) angeordnet ist, die mit zumindest einem Verbraucher (7) im Kraftfahrzeug verbunden ist und in die von außen induktiv elektrischer Strom einkoppelbar ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Empfangseinrichtung (3) mit dem Bordnetz verbunden ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Empfangseinrichtung (3) an die Steuereinheit (7) eines elektronischen Fahrzeug-Zugangsberechtigungssystems bzw. -fahrberechtigungssystems angeschlossen ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Empfangseinrichtung (3) eine induktive Empfangsspule (4) aufweist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Empfangsspule (4) auf einem magnetisierbaren Spulenkern (5) angebracht ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Spulenkern (5) einen U-förmigen Querschnitt hat.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die induktive Empfangseinrichtung (3) in oder unter der Fahrzeugaußenhaut (2) installiert ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Spulenkern (5) der Empfangsspule (4) durch die Karosserieaußenhaut (2) ragt.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Empfangseinrichtung (3) hinter einer außenseitigen, lösbaren Schutzabdeckung (12) befindet.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Empfangseinrichtung (3) eine an die Empfangsspule (4) angeschlossene Empfangselektronik (6) umfaßt.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine induktive Sendeeinrichtung (8) außerhalb des Kraftfahrzeugs anbringbar ist.