DE102011108544A1

DE102011108544A1 - Anordnung der Ladespulen beim induktiven Laden in einem Fahrzeug

Info

Publication number: DE102011108544A1
Application number: DE102011108544A
Authority: DE
Inventors: Markus Hornung
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2011-07-26
Filing date: 2011-07-26
Publication date: 2012-02-02

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Fahrzeug mit einem ladbaren, elektrischen Energiespeicher oder elektrischen Verbraucher und einer daran angeschlossenen Sekundärspule (7) zum induktiven Koppeln mit einer fahrzeugexternen Primärspule, so dass Energie von einer fahrzeugexternen Stromquelle mit der Primärspule zu der Sekundärspule induktiv übertragbar ist, wobei die Sekundärspule in oder an dem Unterboden (1) des Fahrzeugs angeordnet ist.

Description

Die vorlegende Erfindung betrifft ein Fahrzeug mit einem ladbaren, elektrischen Energiespeicher oder elektrischen Verbraucher und einer daran angeschlossenen Sekundärspule zum induktiven Koppeln mit einer fahrzeugexternen Primärspule, so dass Energie von einer fahrzeugexternen Stromquelle mit der Primärspule zu der Sekundärspule induktiv übertragbar ist.
In zahlreichen Situationen ist es notwendig, elektrische Leistung auf ein Fahrzeug zu übertragen. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn das Fahrzeug einen elektrisch betriebenen Verbraucher (z. B. Standheizung) oder eine ladbare Batterie für einen Elektroantrieb des Fahrzeugs besitzt.
Aus der Druckschrift GB 2 185 866 A ist eine Ladeanordnung zum Laden einer elektrischen Batterie eines Fahrzeugs bekannt. Das Laden erfolgt hier mittels galvanischer Kontakte. Das Fahrzeug besitzt hierzu eine Kontaktanordnung und die fahrzeugexterne Ladevorrichtung einen entsprechenden Ladeschuh, in den die Kontakteinrichtung des Fahrzeugs beim Laden eingreift.
Es ist aber auch ein induktives Laden von Fahrzeugen beziehungsweise Fahrzeugbatterien bekannt. Beispielsweise besitzt ein elektrisch angetriebener Fiat 500 eine Ladespule unter dem vorderen Nummernschild. Nachteil hiervon ist, dass die Größe der Ladespule auf die Nummernschildgröße begrenzt ist. Außerdem erwärmt sich das Nummernschild, was zu einer Verletzungsgefahr führen kann. Des Weiteren ist ein Nummernschild aus Kunststoff erforderlich, um die induktive Übertragung zu ermöglichen. Des Weiteren ist das Laden in der Regel nur beim Vorwartseinparken möglich, da sich die Ladespule unter dem vorderen Nummernschild befindet.
Ziel ist es, für ein induktives Laden die Sekundärspule eines Fahrzeugs hinsichtlich Ladeleistung, Erwärmung, EMV, Gewicht und Kosten zu optimieren. Außerdem soll die Sekundärspule im Fahrzeug so positioniert werden, dass das induktive Laden so einfach und effizient wie möglich realisierbar ist. Schließlich ist es auch wünschenswert, wenn das Laden beim Vowärts- und Rückwärtseinparken möglich ist.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht somit darin, ein Fahrzeug bereitzustellen, bei dem elektrische Energie induktiv auf das Fahrzeug übertragen werden kann, wobei das Übertragen möglichst effizient und komfortabel durchführbar sein soll.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch ein Fahrzeug nach Anspruch 1. Demnach wird ein Fahrzeug mit einem ladbaren, elektrischen Energiespeicher oder elektrischen Verbraucher und einer daran angeschlossenen Sekundärspule zum induktiven Koppeln mit einer fahrzeugexternen Primärspule bereitgestellt, so dass Energie von einer fahrzeugexternen Stromquelle mit der Primärspule zu der Sekundärspule induktiv übertragbar ist, wobei die Sekundärspule in oder an dem Unterboden des Fahrzeugs angeordnet ist.
In vorteilhafter Weise erfolgt das Laden des Fahrzeugs bzw. Energieübertragen zu dem Fahrzeug somit von der Unterseite beziehungsweise vom Unterboden her. Dies ist insofern günstig, da die Sekundärspule dann prinzipiell größer als ein Nummernschild wie bei bekannten Systemen sein kann. Darüber hinaus ist die Sekundärspule dann auch nach unten ausgerichtet, so dass, falls sie sich beim Laden stark erwärmt, die Verletzungsgefahr vermindert ist gegenüber dem Fall des Ladens mit einer Sekundärspule hinter dem Nummernschild.
Vorzugsweise sind die Sekundärspule zwischen Vorderkante und Vorderrad und eine zweite Sekundärspule zwischen Hinterkante und Hinterrad des Fahrzeugs angeordnet. Darüber hinaus kann die Sekundärspule in der Unterbodenverkleidung des Fahrzeugs angeordnet sein. Ferner kann es günstig sein, wenn die Sekundärspule entsprechend einem Böschungswinkel der Unterbodenverkleidung geneigt ist. Außerdem kann das Fahrzeug ein Assistenzsystem zum Melden einer Entfernung und/oder Überdeckung der Sekundärspule zu/mit der Primärspule aufweisen.
Die Primärspule kann schwenkbar gelagert sein, und ein Anschlag an der Primärspule kann mit einem korrespondierenden Gegenanschlag der Sekundärspule beim Zentrieren der beiden Spulen zueinander miteinander zusammenwirken. Ferner kann die Ladevorrichtung einen Endanschlag aufweisen, an den das Fahrzeug zum Erreichen einer definierten Ladeposition anfahrbar ist. Alternativ kann die Sekundärspule auch zwischen den Vorderrädern und den Hinterrädern des Fahrzeugs angeordnet und vertikal nach unten zum Laden absenkbar sein.
Die vorliegende Erfindung wird nun anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert, in denen zeigen:
1 den Vorbau eines Fahrzeugs mit Sekundärspule;
2 das Heck eines Fahrzeugs mit Sekundärspule;
3 ein Fahrzeug gemäß einer ersten Ausführungsform beim Anfahren zum Laden;
4 das Fahrzeug von 3 beim Andocken;
5 das Fahrzeug von 3 in der Ladeposition;
6 ein Fahrzeug gemäß einer zweiten Ausführungsform beim Anfahren zum Laden;
7 das Fahrzeug von 6 beim Andocken;
8 das Fahrzeug von 6 in der Ladeposition und
9 ein Fahrzeug gemäß einer dritten Ausführungsform.
Die nachfolgend näher geschilderten Ausführungsbeispiele stellen bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung dar.
Die 1 und 2 zeigen ein Fahrzeug, bei dem eine oder mehrere Spulenkörper beziehungsweise Sekundärspulen zum Laden einer Fahrzeugbatterie oder zum Versorgen eines Verbrauchers im Vorbau und/oder Heck des Fahrzeugs untergebracht sind. In 1 ist der Vorbau eines Fahrzeugs schematisch dargestellt. Das Fahrzeug besitzt einen Unterboden beziehungsweise eine Unterbodenverkleidung, die einen ersten Unterbodenverkleidungsabschnitt 1 und einen zweiten Unterbodenverkleidungsabschnitt 2 aufweist. Der erste Unterbodenverkleidungsabschnitt 1 befindet sich in Längsrichtung des Fahrzeugs zwischen dem Vorderrad 5 und der Vorderkante 5 des Fahrzeugs. Dieser Abschnitt 1 ist entsprechend einem Böschungswinkel gegenüber der Horizontalen geneigt. Der zweite Unterbodenverkleidungsabschnitt 2 schließt sich in Fahrtrichtung an den ersten Unterbodenverkleidungsabschnitt 1 an und verläuft in etwa horizontal.
In den ersten Unterbodenverkleidungsabschnitt 1 ist eine Sekundärspule 7 zum Laden einer in 1 nicht näher dargestellten Fahrzeugbatterie beziehungsweise zum Speisen eines ebenfalls nicht näher dargestellten Verbrauchers integriert. Die Anstellung der Spule 7 folgt ungefähr dem Verlauf des Böschungswinkels des Fahrzeugs. Zwischen der Sekundärspule 7 und dem Unterbodenverkleidungsabschnitt 1 befindet sich vorzugsweise ein Flies zum Schutz der Spule.
In 2 ist das Heck H eines Fahrzeugs dargestellt. Analog zu dem Vorbau VB besitzt das Heck H einen Unterbodenverkleidungsabschnitt 3 und einen weiteren Unterbodenverkleidungsabschnitt 4. Der Unterbodenverkleidungsabschnitt 3 befindet sich in Längsrichtung des Fahrzeugs zwischen dem Hinterrad 8 und der Hinterkante 9 des Fahrzeugs. In Fahrtrichtung davor befindet sich der weitere Unterbodenverkleidungsabschnitt 4, der wiederum in etwa horizontal verläuft. Im Heck ist in den Unterbodenverkleidungsabschnitt 3, der entsprechend dem Böschungswinkel geneigt ist, die weitere Sekundärspule 10 integriert. Damit folgt die Anstellung der weiteren Spule 10 hier ebenfalls ungefähr dem Verlauf des Böschungswinkels des Fahrzeugs. Auch hier kann ein Flies zum Schutz der Spule zwischen der Sekundärspule 10 und dem Unterbodenverkleidungsabschnitt 3 angeordnet sein.
Da in diesem Ausführungsbeispiel sowohl im Vorbau VB als auch im Heck H jeweils eine Sekundärspule vorgesehen ist, ist ein induktives Laden unabhängig von einem Vorwärts- und Rückwärtseinparken möglich.
In dem Ausführungsbeispiel von 3 bis 5 wird nun ein Konzept für die Wandmontage einer Primärspule 11 innerhalb einer Ladevorrichtung 12 beziehungsweise Ladestation (z. B. Garage) vorgeschlagen. In den Figuren ist ein Laden beim Vorwärtseinparken dargestellt. Das Prinzip gilt aber ebenso für das Laden beim Rückwärtseinparken.
Gemäß 3 rollt das Fahrzeug 13 zur Parkfläche beziehungsweise Ladevorrichtung 12. Die Ladevorrichtung 12 weist hier einen Arm 14 auf, an dem die Primärspule 11 schwenkbar gelagert ist. Der Arm 14 ist vorzugsweise in der Länge verstellbar und um eine oder mehrere Achsen schwenkbar. Außerdem ist der Arm 14 hier an einer Wand 15 beispielsweise einer Garage befestigt.
Eine Sensorik/Assistenzsystem gibt dem Fahrer Rückmeldung über die Entfernung und Überdeckung der Sekundärspule 7 mit der Primärspule 11.
Das Andocken der Sekundärspule 7 an der Primärspule 11 beziehungsweise das Andocken des Fahrzeugs 13 an der Ladevorrichtung 12 findet gemäß 4 statt. Da die Primärspule 11 durch den Arm 14 an der Wand 15 nachgiebig (in X-, Y- und Z-Richtung) gelagert ist, bedarf es eines mechanischen Anschlags 16, über den sich die Spulen 7, 11 bei langsamer Fahrt vorwärts zentrieren. Eine hier ebenfalls nicht dargestellte Sensorik gibt dem Fahrer Rückmeldung, wenn die optimale Überdeckung erreicht ist. Diese Ladebeziehungsweise Parkposition ist in 5 dargestellt. Um Beschädigungen am Fahrzeug und der Ladetechnik zu vermeiden, wird ein Endanschlag 17 installiert.
Vorzugsweise ist eine Ausgangsstellung der Primärspule wie in 3 vorgesehen, in der keine metallischen Fremdkörper zwischen die Spulen gelangen können. Dementsprechend wird die Primärspule 11 beispielsweise in eine vertikale Position durch eine vorgespannte Feder gebracht.
Gemäß einer zweiten Ausführungsform ist ein Konzept für Bodenmontage der Primärspule 11 der Ladestation beziehungsweise Ladevorrichtung vorgesehen. Speziell kann gemäß den 6 bis 8 eine Konsole 18 vorgesehen sein, die eine schräge Oberfläche besitzt, auf der die Primärspule 11 befestigt ist. Die Konsole 18 ihrerseits ist auf ein Schienensystem 19 montiert, welches hier auf dem Boden 20 beispielsweise einer Garage befestigt ist.
Entsprechend den 6 bis 8 ist ein Laden beim Vorwärtseinparken dargestellt. Das Konzept ist aber auch für ein Laden beim Rückwärtseinparken möglich.
Zum Laden rollt das Fahrzeug 13 wiederum gemäß 6 zur Parkfläche beziehungsweise Ladevorrichtung 12. Eine Sensorik gibt dem Fahrer Rückmeldung über die Entfernung und Überdeckung der Sekundärspule 7 zur Primärspule 11. Die Primärspule 11 ist auf der Konsole 18 und dem Schienensystem 19 nachgiebig in X-, Y- und Z-Richtung gelagert (vergleiche 7). Über einen mechanischen Anschlag 16 zentrieren sich die Spulen 7 und 11 bei langsamer Fahrt vorwärts. Eine Sensorik gibt dem Fahrer auch hier Rückmeldung, wenn die optimale Überdeckung der Spulen erreicht ist. Um Beschädigungen am Fahrzeug 13 und der Ladevorrichtung 12 in der Andockposition gemäß 7 beziehungsweise der Parkposition gemäß 8 zu vermeiden, wird ein Endanschlag 17 installiert. Wie in 7 angedeutet ist, bleibt beispielsweise zwischen dem Fahrzeug 13 und der Garagenwand 15 wegen der Bodenmontage der Ladevorrichtung 12 ein Freiraum 21, so dass eine Person beispielsweise ohne Weiteres um das Fahrzeug 12 herumgehen kann.
Auch bei diesem Ausführungsbeispiel kann die Primärspule eine Ausgangsstellung aufweisen, in der keine metallischen Fremdkörper zwischen die Spulen gelangen können. So ist die Primärspule hier in einer schrägen Stellung auf der Konsole 18 angeordnet, so dass Metallgegenstände dort vorzugsweise abrutschen.
In den oben vorgestellten beiden Ausführungsbeispielen ist eine Größe der Sekundärspule möglich, welche zwischen einer so genannten Nummernschildlösung und einer so genannten Unterbodenlösung liegt. Durch die schräge Anordnung der Sekundärspule ist eine einfache Positionierung sehr dicht über der Primärspule möglich. Insbesondere ist aber ein induktives Laden unabhängig von Vorwärts- und Rückwärtseinparken möglich.
In 9 wird ein weiteres Ausführungsbeispiel vorgestellt. Bei diesem Konzept wird die Sekundärspule 7 unter dem Fahrzeug 13 abgesenkt.
Das Fahrzeug 13 rollt zur Parkfläche beziehungsweise Ladestation oder Ladevorrichtung. Eine Sensorik gibt dem Fahrer auch hier Rückmeldung über Entfernung und Überdeckung der Sekundärspule 17 mit/zu der Primärspule 11. Die Primärspule 11 ist fest auf dem Boden befestigt. Die Sensorik gibt dem Fahrer in der Ladeposition Rückmeldung, wenn die optimale Überdeckung der Spulenkörper erreicht ist.
Die Sekundärspule 7 unten am Fahrzeug 13 wird mittels mehrerer Zylinder 22, kombiniert mit mechanischen oder elektromechanischen Lagern 23 nach unten zur Überdeckung mit der Primärspule 11 gebracht. Die Sekundärspule nimmt dann eine abgesenkte Position 7' ein. Für das Betreiben der Zylinder 22 sind gasförmige, flüssige, mechanische, elektrische oder daraus kombinierbare Medien/Techniken verwendbar.
Bezugszeichenliste

1: erster Unterbodenverkleidungsabschnitt (Vorbau)
2: zweiter Unterbodenverkleidungsabschnitt (Vorbau)
3: erster Unterbodenverkleidungsabschnitt (Heck)
4: zweiter Unterbodenverkleidungsabschnitt (Heck)
5: Vorderrad
6: Vorderkante
7: Sekundärspule
7: abgesenkte Position
8: Hinterrad
9: Hinterkante
10: Sekundärspule
11: Primärspule
12: Ladevorrichtung
13: Fahrzeug
14: Arm
15: Wand
16: Anschlag
17: Endanschlag
18: Konsole
19: Schienensystem
20: Boden
21: Freiraum
22: Zylinder
23: Lager
H: Heck
VB: Vorbau

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

GB 2185866 A [0003]

Claims

Fahrzeug (13) mit – einem ladbaren, elektrischen Energiespeicher oder elektrischen Verbraucher und – einer daran angeschlossenen Sekundärspule (7) zum induktiven Koppeln mit einer fahrzeugexternen Primärspule (11), so dass Energie von einer fahrzeugexternen Stromquelle mit der Primärspule zu der Sekundärspule induktiv übertragbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass – die Sekundärspule in oder an dem Unterboden des Fahrzeugs angeordnet ist.
Fahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sekundärspule (7) zwischen Vorderkante (6) und Vorderrad (5) und eine zweite Sekundärspule (10) zwischen Hinterkante (9) und Hinterrad (8) des Fahrzeugs angeordnet sind.
Fahrzeug nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Sekundärspule (7) in der Unterbodenverkleidung (1, 3) des Fahrzeugs angeordnet ist.
Fahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Sekundärspule (7) entsprechend einem Böschungswinkel der Unterbodenverkleidung geneigt ist.
Fahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrzeug ein Assistenzsystem zum Melden einer Entfernung und/oder Überdeckung der Sekundärspule (7) zu/mit der Primärspule (11) aufweist.
Fahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Primärspule (11) schwenkbar gelagert ist, und ein Anschlag (16) an der Primärspule mit einem korrespondierenden Gegenanschlag der Sekundärspule beim Zentrieren der beiden Spulen zueinander miteinander zusammenwirken.
Fahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sekundärspule (7) zwischen den Vorderrädern und den Hinterrädern des Fahrzeugs angeordnet und vertikal nach unten zum Laden absenkbar ist.