DE102011103439B3

DE102011103439B3 - Kraftfahrzeug mit einem Speicher für elektrische Energie, der induktiv über eine Spule geladen wird, dessen Gehäuse eine Vorrichtung zur Erkennung von Beschädigungen umfasst

Info

Publication number: DE102011103439B3
Application number: DE102011103439A
Authority: DE
Inventors: Reinhard Peer; Björn Elias
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2011-06-07
Filing date: 2011-06-07
Publication date: 2012-08-30
Anticipated expiration: 2031-06-08
Also published as: WO2012167851A2; US20140097794A1; US9517699B2; CN103596800A; CN103596800B; WO2012167851A3

Abstract

Ein Kraftfahrzeug (10) mit einem Speicher (14) fürt ist, in die in einem Ladevorgang elektrische Energie von außerhalb des Kraftfahrzeugs indizierbar ist, umfasst ein Gehäuse (20), in dem die Spule (22) angeordnet ist. Das Gehäuse besteht zur Unterseite des Kraftfahrzeugs hin aus Kunststoff, und insbesondere zwischen zwei Wänden (26, 28) des Gehäuses ist ein Lichtwellenleiter (30) angeordnet. Koppelt man Licht von einer Lichtquelle (36) in den Lichtwellenleiter ein und erfasst dieses durch einen Detektor (38), so kann man eine Beschädigung des Gehäuses erfassen und ein Induzieren von elektrischer Energie in die Spule an einer Ladestation (16) in die Spule (22) ggf. unterbinden, um Gefährdungen von Personen zu vermeiden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug mit einem Speicher für elektrische Energie, zum Beispiel zum Bereitstellen derselben für einen Elektromotor in einem Elektrofahrzeug oder Hybridfahrzeug.
Die Fachleute auf dem Gebiet der Elektrofahrzeuge befassen sich insbesondere auch mit den Möglichkeiten, wie ein Speicher für elektrische Energie zu faden ist. Neben der herkömmlichen Vorgehensweise, elektrische Energie über ein Ladekabel zu zuführen, gibt es Erwägungen, die elektrische Energie induktiv zu zuführen, also insbesondere über ein magnetisches Feld. Das induktive Einkoppeln von elektrischer Energie in ein Kraftfahrzeug von außen hätte den Vorteil, dass wegen des Verzichts auf ein Ladekabel mit dem Ladekabel in Zusammenhang stehende Sicherheitsmaßnahmen wegfallen können, insbesondere komplexe Steuerungen, wie der Ladevorgang einzuleiten und abzuschließen ist, damit verhindert wird, dass ein Mensch in Berührung mit einer Hochspannung kommt etc.
Man stellt sich bisher vor, dass ein Kraftfahrzeug, in das elektrische Energie induziert werden soll, auf seiner Unterseite über eine Einkoppelspule verfügt, und dass in einem Boden eine Auskoppelspule eingebettet sein kann, sodass das Kraftfahrzeug einfach auf dem Boden an eine entsprechende Stelle zu fahren hat, damit die Energie von der Auskoppelspule in die Einkoppelspule übertragen werden kann.
Problematisch daran erschien bisher, dass die Unterseite des Kraftfahrzeugs besonders empfindlich gegen Beschädigungen ist. Dicke Metallwände zum Schutz der Spulen scheiden aus, weil solche Metallwände das magnetische Feld, über das elektrische Energie eingekoppelt werden soll, abschirmen würden. Wenn hingegen nichtmetallisches Material auf der Unterseite eines Kraftfahrzeugs verwendet wird, kann dieses leichter beschädigt werden, und es könnte, zum Beispiel gerade bei einem Ladevorgang, zu einer Gefährdung von Menschen kommen.
Die DE 44 45 999 A1 und die DE 100 31 406 A1 befassen sich mit der Erkennung von Unfällen (Crashs) eines Kraftfahrzeugs. Vorgeschlagen wird, Lichtwellenleiter in einem erwarteten Verformungsbereich des Automobils an einem Karosserieteil anzuordnen. Eine Lichtquelle strahlt ihr Licht in ein Ende des Lichtwellenleiters ein, und an einem anderen Ende des Lichtwellenleiters empfängt ein optisch-elektrischer Wandler das austretende Licht und gibt einen elektrischen Messwert ab, welcher ein Maß für die Intensität des empfangenen Lichts ist. Kommt es zu einem Crash im Bereich des betreffenden Karosserieteils, so empfängt der optisch-elektrische Wandler nicht mehr das von der Lichtquelle ausgesandte Licht, sodass der Crash erkannt wird. In diesem Falle wird z. B. ein Airbag ausgelöst oder eine andere Sicherheitsmaßnahme getroffen.
Die US 2011/0 074 346 A1 beschreibt ein kabelloses Kraftfahrzeugladesystem mit einem Sicherheitssystem und ein Verfahren, wobei beim Ladevorgang die Sicherheitsbedingungen über eine Temperaturmessung erfasst werden. Wird vom Sicherheitssystem eine zu hohe Temperatur, beispielsweise aufgrund eines Fremdkörpers zwischen Aus- und Einkoppelspule detektiert, wird in Folge dessen der Ladevorgang unterbrochen.
Die DE 44 07 763 A1 beschreibt einen Sensor, bei dem zwischen einem Strahlungssender und -empfänger Lichtleitfasern angeordnet sind, die zwischen Druckübertragungsmitteln verlaufen, so dass eine Druckeinwirkung auf die Lichtleitfasern durch die Veränderung der Strahlungsübertragungseigenschaften registriert wird.
Die US 5 179 256 A beschreibt einen Sensor der einen Seitenaufprall eines Fahrzeugs registriert. Der Sensor ist dabei an einem Element angeordnet, das sich an einer Fahrzeugseite längserstreckt, wobei der Sensor einen Zug oder eine Längsbewegung dieses Elements registriert.
Die DE 10 2007 008 507 A1 beschreibt einen Aufprallsensor für ein Kraftfahrzeug, der einen Aufprall durch veränderte Strahlungsübertragungseigenschaften eines im Außenbereich des Kraftfahrzeugs angeordneten Lichtleitfaserbündels registriert. Dabei ist das Lichtleitfaserbündel in einem zug- und drucksteifen Hohlprofil untergebracht.
Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein Kraftfahrzeug mit einem Speicher für elektrische Energie bereitzustellen, der besonders leicht von außen geladen werden kann, ohne dass es Einbußen bzgl. der Sicherheit des Kraftfahrzeugs gibt.
Die Aufgabe wird durch ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 1 gelöst.
Bei dem erfindungsgemäßen Kraftfahrzeug mit einem Speicher für elektrische Energie ist dieser somit mit einer Spule gekoppelt, in die in einem Ladevorgang elektrische Energie von außerhalb des Kraftfahrzeugs induzierbar ist. Die Spule Ist ihrerseits in einem Gehäuse angeordnet, welches zur Unterseite des Kraftfahrzeugs hin ein Kunststoffmaterial umfasst. In oder an dem Kunststoffmaterial ist zumindest ein Lichtwellenleiter angeordnet, in den im Betrieb von einer kraftfahrzeugseitigen Lichtquelle Licht eingekoppelt wird, das von einem kraftfahrzeugseitigen Detektor sodann empfangen wird. Das Kraftfahrzeug weist ferner eine Steuereinrichtung auf, die kraftfahrzeugseitig zum Steuern der Durchführung eines Ladevorgangs ausgelegt ist, zum Beispiel entsprechende Schalter betätigt, wenn der Speicher geladen werden soll. Die Speichereinrichtung ist ferner dazu ausgelegt, einen Ladevorgang zu blockieren, wenn der Detektor nicht auf eine erwartete Weise Licht empfängt, also entweder gar nicht Licht empfängt oder in geringerem Maße Licht empfängt als erwartet bzw. im fehlerfreien Betrieb üblich.
Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass die bezüglich eines bei einem Crash des Kraftfahrzeugs verformbaren Bauteils bekannte Lehre des Standes der Technik, Lichtwellenleiter zur Detektion einer Beschädigung zu verwenden, auch auf andere Bauteile anwendbar ist, bei deren Beschädigung nicht ein Airbag ausgelöst werden muss, von denen es aber wünschenswert ist, die Beschädigung zu detektieren. Durch den Einsatz dieser Idee in Zusammenhang mit einem Gehäuse für eine Spule, in die elektrische Energie induktiv einkoppelbar ist, ist ein Weg aufgezeigt, wie der Speicher für elektrische Energie drahtlos geladen werden kann, ohne dass es Einbußen bei der Sicherheit gibt; denn eine Beschädigung des Gehäuses zumindest an seiner Unterseite würde erfasst werden und der Ladevorgang sodann blockiert werden. Insbesondere bei einem Ladevorgang würde es aber zu einer Gefahr kommen können.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist der zumindest eine Lichtwellenleiter zwischen zwei Kunststoffwänden des Gehäuses angeordnet. Es handelt sich somit um eine Art „Sandwich-Bauweise”. Diese Bauweise ist deswegen vorteilhaft, weil der Lichtwellenleiter auf jeden Fall beschädigt wird, wenn beide Kunststoffwände beschädigt werden; und nur bei Beschädigung beider Kunststoffwände besteht eine Gefahr.
Der zumindest eine Lichtwellenleiter ist bevorzugt als Lichtleitfaser, besonders bevorzugt als Glasfaser ausgebildet. Somit ist er preisgünstig bereitstellbar.
Der zumindest eine Lichtwellenleiter bildet bei einer bevorzugten Ausführungsform ein (insbesondere feinmaschiges) Netz über die (im Wesentlichen gesamte) Unterseite des Gehäuses hinweg. Bei Verwendung eines solchen Netzes ist, insbesondere eben, wenn es ausreichend feinmaschig ist, in erhöhtem Maße dafür gesorgt, dass bei einer Beschädigung des Gehäuseunterbodens tatsächlich eine Detektion dieser Beschädigung erfolgt.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Gehäuse lediglich an seiner Unterseite und an den Seitenwänden aus Kunststoffmaterial ausgebildet, zur Oberseite des Kraftfahrzeugs hin aber durch einen Deckel abgeschlossen, der Metall umfasst und/oder elektronische Bauelemente für das Durchführen des Ladevorgangs umfasst. Besteht der Deckel aus Metall, ist verhindert, dass auch noch jenseits der Spule in andere Bauteile des Kraftfahrzeugs elektrische Energie eingekoppelt wird; der Metalldeckel schirmt nämlich das Magnetfeld ab. Der Deckel ist zum Einsparen von Platz gleichzeitig als Träger für elektronische Bauelemente nutzbar, eben insbesondere für solche, die beim Durchführen des Ladevorgangs eingesetzt werden.
Nachfolgend wird eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung unter Bezug auf die Zeichnung näher beschrieben, in der
1 ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug veranschaulicht,
2 eine Draufsicht auf ein vorliegend geöffnetes und als durchsichtig dargestelltes Gehäuse veranschaulicht, wie es bei dem erfindungsgemäßen Kraftfahrzeug eingesetzt wird,
3 einen Schnitt durch das Gehäuse aus 2 entsprechend der Linie III-III veranschaulicht, ohne eine in 1 gezeigte Spule,
4 eine Vergrößerung aus dem Schnitt gemäß 3 entsprechend dem Bezugszeichen IV ist und
5 ein Schnitt durch den Gehäuseboden entsprechend der Linie V-V aus 2 ist, wie es lediglich bei seiner Beschädigung aussehen könnte.
Ein im Ganzen mit 10 bezeichnetes Kraftfahrzeug umfasst einen Elektromotor 12, der aus einer elektrischen Batterie 14 mit elektrischem Strom gespeist wird. Die elektrische Batterie soll vorliegend an einer Ladestation 16 elektrisch geladen werden. Dies erfolgt vorliegend induktiv. Zu diesem Zweck umfasst die Ladestation eine Auskoppelspule 18, die im Boden verlegt ist. Das Kraftfahrzeug 10 umfasst ein im Ganzen mit 20 bezeichnetes Gehäuse, in das eine Einkoppelspule 22 integriert ist, die über eine Verbindungsleitung 24 mit der Batterie 14 gekoppelt ist.
Die Einkoppelspule 22 ist in einem Gehäuse 20 angeordnet. Diese umfasst ein Bodenteil 24, dass aus zwei Kunststoffwänden 26, 28 besteht (4), zwischen denen ein Lichtwellenleiter 30 verlegt ist. Der Lichtwellenleiter 30 ist, wie aus 2 ersichtlich ist, so gewunden, dass der Biegeradius nicht zu klein wird und der Lichtwellenleiter beschädigt werden könnte. Der gewundene Lichtwellenleiter 30 bildet ein feinmaschiges Netz, das quasi den gesamten Bodenbereich des Gehäuses 20 bedeckt und sich auch noch in die Seitenwand 32 hineinerstreckt.
Der Deckel 34 des Gehäuses 20 besteht hingegen aus Metall, um das Innere des Kraftwagenfahrzeugs 10 von dem Magnetfeld B abzuschirmen, das durch die Auskoppelspule 18 erzeugt wird. Der Deckel 34 ist außerdem Träger für elektronische Bauelemente, die beim Ladevorgang eingesetzt werden.
In den Lichtwellenleiter 30 wird von einer Lichtquelle 36 Licht eingekoppelt, und an seinem anderen Ende wird das Licht in ein optoelektrisches Sensorelement 38 eingekoppelt. Dieser Empfänger erfasst somit, ob der Lichtwellenleiter 30 unbeschädigt ist. Die Signale von dem optoelektrischen Sensorelement 38 werden einer Steuereinrichtung 40 zugeführt, die über einen Funksender 42 Signale 44 an einem Empfänger 46 in der Ladestation 16 aussenden kann.
Solange das Sensorelement 38 als Empfänger das Licht von der Lichtquelle 36 empfängt, wird dies als Anzeichen dafür genommen, dass der Unterboden 20 des Gehäuses mit den Wänden 26 und 28 unbeschädigt ist.
Im Falle einer Beschädigung, wie sie aufgrund einer Krafteinwirkung (Kraft F) gemäß 5 bei einer Fahrt des Kraftfahrzeugs 10 entstehen kann, wird der Lichtwellenleiter 30 unterbrochen, und das optoelektrische Sensorelement 38 empfängt keine Lichtintensität mehr.
Die Steuereinrichtung 40 erfasst somit über die Signale von dem optoelektrischen Sensorelement 38, ob der Lichtwellenleiter 30 unbeschädigt ist oder nicht. Ist der Lichtwellenleiter 30 unbeschädigt, wird über das Funksignal 44 der Ladestation 16 mitgeteilt, dass das Kraftfahrzeug 10 ladebereit ist (bei Gegebensein ggf. weiterer Bedingungen). Ist hingegen der Lichtwellenleiter 30 und damit das Gehäuse 20 beschädigt, so könnte es beim Induzieren von elektrischem Strom in der Spule 22 dazu kommen, dass stromführende Teile aus dem Kraftfahrzeug 10 herausragen. In diesem Fall unterbindet die Steuereinrichtung 40 das Laden durch die Ladestation, also das Generieren eines Magnetfeldes B durch die Auskoppelspule 18.

Claims

Kraftfahrzeug (10) mit einem Speicher (14) für elektrische Energie, der mit einer Spule (22) gekoppelt ist, in die in einem Ladevorgang Energie von außerhalb des Kraftfahrzeugs induzierbar ist, wobei die Spule (22) in einem Gehäuse (20) angeordnet ist, welches zur Unterseite des Kraftfahrzeugs (10) hin ein Kunststoffmaterial umfasst, und wobei in oder an dem Kunststoffmaterial zumindest ein Lichtwellenleiter (30) angeordnet ist, in welchen von einer kraftfahrzeugseitigen Lichtquelle (36) Licht einkoppelbar ist, das von einem kraftfahrzeugseitigen Detektor (38) empfangbar ist, und wobei das Kraftfahrzeug (10) eine Steuereinrichtung (40) umfasst, die kraftfahrzeugseitig zum Steuern der Durchführung eines Ladevorgangs ausgelegt ist und ferner ausgelegt ist, ein solches Durchführen eines Ladevorgangs zu verhindern, wenn der Detektor (38) nicht auf eine erwartete Weise Licht empfängt.
Kraftfahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Lichtwellenleiter (30) zwischen zwei Kunststoffwänden (26, 28) des Gehäuses (20) angeordnet ist.
Kraftfahrzeug (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtwellenleiter (30) eine Glasfaser aufweist.
Kraftfahrzeug (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Lichtwellenleiter (30) ein Netz über die Unterseite des Gehäuses hinweg bildet.
Kraftfahrzeug (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (20) zur Oberseite des Kraftfahrzeugs (10) hin durch einen Deckel (34) abgeschlossen ist, der Metall umfasst und/oder elektronische Bauelemente umfasst, die bevorzugt beim Durchführen des Ladevorgangs eingesetzt werden.