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Die Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug mit Sekundärspule zum induktiven Laden einer kraftfahrzeugseitigen elektrischen Speichereinrichtung und einer Halterung dafür.
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Aus dem Stand der Technik ist bekannt, dass das (Wieder)Aufladen der elektrischen Speichereinrichtung (derzeit überwiegend Traktionsbatterien) von (auch) elektromotorisch angetriebenen Fahrzeugen (bspw. reine Elektrofahrzeuge, Hybridfahrzeuge, Plug-In-Hybridfahrzeuge; nachfolgend allgemein Elektrofahrzeuge genannt) auf unterschiedliche Weise erfolgen kann.
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Bei Hybrid-Fahrzeugen, die zum Antreiben von wenigstens einem Rad neben einer Verbrennungskraftmaschine auch wenigstens einen Elektromotor aufweisen, kann, sobald die in der elektrischen Speichereinrichtung gespeicherte Energie wenigstens teilweise verbraucht ist, die elektrische Speichereinrichtung mittels der Verbrennungskraftmaschine unter Verbrennung von Kraftstoff wieder geladen werden. Daneben verfügen Hybrid-Fahrzeuge in aller Regel auch über eine Einrichtung, mit der deren elektrische Speichereinrichtung über ein externes Stromnetz geladen werden kann.
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Bei reinen Elektrofahrzeugen und Plug-In-Hybridfahrzeugen kann deren (teil)entladene elektrische Speichereinrichtung nur über ein externes Stromnetz geladen werden.
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Für das Laden einer elektrischen Speichereinrichtung von Elektrofahrzeugen über ein externes Stromnetz sind derzeit das leitungsgebundene Laden (d. h. mittels eines Stromkabels) und das induktive Laden (d. h. drahtloses Laden) bevorzugte Lösungen.
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Beim induktiven Laden einer elektrischen Speichereinrichtung von Elektrofahrzeugen wirken über einen Luftspalt der Bodenfreiheit des Fahrzeugs hinweg eine infrastrukturseitige Primärspule und eine fahrzeugseitige Sekundärspule zusammen. Daneben sind auch Systeme bekannt, bei denen die Primärspule (Bodenspule) mittels eines geeigneten Mechanismus angehoben werden kann, um hierdurch die gegebene Bodenfreiheit zu überbrücken. Nachdem die Primärspule und die Sekundärspule in zumindest bereichsweise Überdeckung gebracht wurden, wird mittels Wechselstrom in der infrastrukturseitigen Primärspule ein Wechselmagnetfeld erzeugt, durch dieses eine Spannung in der fahrzeugseitigen Sekundärspule induziert und somit nach dem Trafoprinzip Energie übertragen.
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Die Sekundärspule eines induktiven Ladesystems ist eine Hochvoltkomponente, die besonderer Schutzmaßnahmen hinsichtlich Beschädigung im Fahreinsatz und Crashfall bedarf. Die Sekundärspule muss bei einem Aufsetzen und Auffahren des Kraftfahrzeug-Unterbodens (der Kraftfahrzeug-Unterseite) auf ein Hindernis unbeschädigt bleiben und muss insbesondere die Anforderungen der IP-Schutzklasse (IP = International Protection) IPxxB erfüllen.
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Die
DE 10 2011 088 112 A1 beschreibt einen Kraftwagen, mit wenigstens einem Elektromotor zum Antreiben des Kraftwagens, mit zumindest einer elektrischen Speichereinrichtung, über welche der Elektromotor mit elektrischem Strom versorgbar ist und mit einer Ladeeinrichtung mit wenigstens einer Spule, über welche zum Laden der elektrischen Speichereinrichtung elektrische Energie induktiv übertragbar ist, wobei eine Verbrennungskraftmaschine vorgesehen ist, welche ein Behältnis (eine Ölwanne) aufweist, in welchem Schmiermittel zum Schmieren der Verbrennungskraftmaschine aufnehmbar ist. Die Spule kann außerhalb des Behältnisses angeordnet oder in das Behältnis integriert sein.
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Aus der
JP 2014-127592 A ist ein Kraftfahrzeug bekannt, dessen Sekundärspule in einem Gehäuse angeordnet ist, dessen dem Kraftfahrzeug zugewandte Grundplatte aus einem Metall und dessen der Straße zugewandte Abdeckung aus einem Kunststoff ausgebildet ist.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Kraftfahrzeug mit wenigstens einem Elektromotor zum Antreiben des Kraftfahrzeugs, einer elektrischen Speichereinrichtung zum Versorgen des Elektromotors mit elektrischem Strom und einer Sekundärspule zum induktiven Laden der elektrischen Speichereinrichtung zur Verfügung zu stellen, wobei die Sekundärspule im Vergleich zum Stand der Technik einen verbesserten Schutz gegen Beschädigung im Falle eines Unfalls, insbesondere bei einem Aufsetzen und/oder Auffahren des Kraftfahrzeugs auf ein Hindernis aufweist.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch das Kraftfahrzeug gemäß Anspruch 1. Vorteilhafte Weiterbildungen des Kraftfahrzeugs sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Ausgehend von an sich bekannten Kraftfahrzeugen mit wenigstens einem Elektromotor zum Antreiben des Kraftfahrzeugs, mit wenigstens einer elektrischen Speichereinrichtung, mittels der der Elektromotor mit elektrischem Strom versorgbar ist, und mit einer Ladeeinrichtung mit wenigstens einer im Bereich der Kraftfahrzeug-Unterseite in einem Spulengehäuse angeordneten Sekundärspule, über welche zum Laden der elektrischen Speichereinrichtung elektrische Energie induktiv übertragbar ist, wird ein Kraftfahrzeug vorgeschlagen, das sich dadurch auszeichnet, dass in einem Einbauzustand das Spulengehäuse an der Unterseite einer Halterung gehaltert ist, wobei die Halterung in einem vorderen, zur Kraftfahrzeugfront weisenden Bereich, eine quer zur Kraftfahrzeuglängsachse verlaufende, sich aus der Grundfläche der Halterung in Richtung des Bodens (d. h. im Wesentlichen nach unten) erstreckende Erhebung aufweist, wobei die Höhe der Erhebung gleich oder größer ist als die Höhe des Spulengehäuses an der Grundfläche der Halterung, wobei das Spulengehäuse hinter der Erhebung angeordnet ist, und wobei die Halterung mit seiner Oberseite an wenigstens einem Fahrzeugstrukturelement derart angeordnet ist, dass im Falle einer Ausübung von Kräften auf die Erhebung aufgrund eines Aufsetzens oder Auffahrens auf ein Hindernis zumindest ein Teil der ausgeübten Kräfte in das Fahrzeugstrukturelement eingeleitet wird.
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Durch das erfindungsgemäß vorgesehene Schutzkonzept für die Sekundärspule bleibt diese im Falle eines Aufsetzens oder Auffahrens des Kraftfahrzeugs auf ein Hindernis (nahezu) belastungsfrei. Hierdurch können die Schutzziele einer Hochvolt-Sicherheit (IPxxB) und eines Schutzes der Komponente(n) vor Beschädigung auf einfache und zuverlässige Weise gewährleistet werden.
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Gemäß einer ersten vorteilhaften Weiterbildung des Kraftfahrzeugs weisen die vordere, in einem Einbauzustand zur Kraftfahrzeugfront weisenden Fläche der Erhebung und die Grundfläche der Halterung einen Winkel im Bereich von gleich oder größer 90° zueinander auf, bevorzugt einen Winkel im Bereich von 110° bis 160°.
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Gemäß einer zweiten vorteilhaften Weiterbildung des Kraftfahrzeugs weist die Halterung wahlweise weiter wenigstens ein Aufsetzelement auf, das eine Aufsetzfläche aufweist, die sich im Wesentlichen parallel zur Grundfläche der Halterung erstreckt und wobei der Abstand der Aufsetzfläche von der Grundfläche der Halterung gleich oder größer ist als die Höhe des Spulengehäuses an der Grundfläche der Halterung und wobei die Aufsetzfläche in einem Einbauzustand in einem hinteren, weiter als die Erhebung von der Kraftfahrzeugfront entfernten Bereich der Halterung angeordnet ist oder sich von der Halterung erstreckt.
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In vorteilhafter Weise kann bei dem Kraftfahrzeug gemäß der vorliegenden Erfindung die Halterung zwei flächige Aufsetzelemente aufweisen, wobei sich deren Aufsetzflächen in einem Einbauzustand im Wesentlichen parallel zu den beiden Längsseiten des Spulengehäuses erstrecken.
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Weiter kann vorgesehen sein, dass bei dem Kraftfahrzeug gemäß der vorliegenden Erfindung die Halterung aus einem Metall ausgebildet ist, bevorzugt aus Aluminium, einer Aluminiumlegierung, Kupfer, einer Kupferlegierung, Eisen oder Edelstahl.
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Ebenso ist es von Vorteil, wenn bei dem Kraftfahrzeug gemäß der vorliegenden Erfindung die Halterung an einem Integralträger (auch Achsträger genannt) als dem Fahrzeugstrukturelement des Kraftfahrzeugs befestigt ist, bevorzugt lösbar befestigt ist.
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Gemäß noch einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung des Kraftfahrzeugs weist dieses eine Abdeckung der Motorunterseite auf, die sich in einem Einbauzustand vom Bereich der Kraftfahrzeugfront bis zumindest teilweise unterhalb der Halterung erstreckt. Weitere Vorteile ergeben sich, wenn die Abdeckung der Motorunterseite dazu ausgebildet ist, im Falle einer Ausübung von Kräften auf die Abdeckung der Motorunterseite aufgrund eines Aufsetzens oder Auffahrens auf ein Hindernis in Richtung des Aufsetzelements/der Aufsetzelemente der Halterung bewegbar/veränderbar zu sein und sich gegebenenfalls an dem/den Aufsetzelement(en) abzustützen.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in den jeweils angegebenen Kombinationen, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
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Dabei zeigen:
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1 eine beispielhafte und schematische Seitenansicht des Spulengehäuses und der Halterung;
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2 eine beispielhafte, schematische und perspektivische Ansicht einer Halterung mit einem daran angeordneten Spulengehäuse;
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3 eine beispielhafte, schematische und perspektivische Ansicht einer an ein Fahrzeugstrukturelement befestigten Halterung mit einem daran angeordneten Spulengehäuse.
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Wie in den Figuren dargestellt ist, weist das Kraftfahrzeug gemäß der vorliegenden Erfindung eine Halterung 2 mit einem daran angeordneten, kraftschlüssig, formschlüssig oder stoffschlüssig befestigten – bevorzugt lösbar befestigten – Spulengehäuse 1 auf, wobei in einem Einbauzustand die Halterung 2 sich oberhalb des Spulengehäuses 1 befindet.
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In dem Spulengehäuse 1, das bspw. eine Länge und Breite von jeweils etwa 250 mm und eine Höhe von etwa 20 mm aufweisen kann, ist die Sekundärspule angeordnet und gegebenenfalls wenigstens eine der Sekundärspule 2 zugeordnete Elektronikkomponente (in 1 nicht dargestellt). Bei der wenigstens einen Elektronikkomponente handelt es sich beispielweise um wenigstens einen Gleichrichter und/oder wenigstens einen Kondensator, insbesondere ein Kondensatorpaket.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Halterung 2 (und gegebenenfalls deren weitere Elemente, die Erhebung 3 und das/die Aufsetzelement(e) 5, 5') aus einem Metall ausgebildet, wie etwa aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung. Selbstverständlich kann die Halterung 2 auch aus einem anderen Metall ausgebildet sein, wie etwa Eisen oder Stahl, oder einem nichtmetallischen Material, wie etwa einem Kunststoff, bspw. einem Glasfaser- oder Kohlefaser-verstärktem Kunststoff. Die einzelnen Elemente der Halterung 2 können auch aus unterschiedlichen Materialien ausgebildet sein.
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Bei einem induktiven Laden einer elektrischen Speichereinrichtung des Kraftfahrzeugs mittels einer an ein elektrisches Stromnetz angeschlossenen Primärspule ist die Primärspule in aller Regel im oder auf dem Boden angeordnet. Um ein induktives Laden der elektrischen Speichereinrichtung zu ermöglichen, müssen die von der Primärspule erzeugten elektromagnetischen Feldlinien die an der Kraftfahrzeug-Unterseite angeordnete fahrzeugseitige Sekundärspule 2 erreichen können. Aufgrund dieser elektromagnetischen Kopplung muss die Halterung 2 – wenn sie aus einem für elektromagnetische Feldlinien undurchlässigen Material ausgebildet ist – sich oberhalb des Spulengehäuses 1 und der darin angeordneten Sekundärspule angeordnet sein. In entsprechender Weise muss das Material des Spulengehäuses 1, wenigstens im Bereich des Spulengehäuses 1, der in Richtung der Primärspule weist, aus einem für magnetische Feldlinien durchlässigen Material ausgebildet sein, bspw. aus einem Kunststoff. Die Seite des Spulengehäuses 1, die in einem Einbauzustand der Kraftfahrzeug-Unterseite zugewandt ist, kann ebenfalls aus einem für magnetische Feldlinien durchlässigen Material ausgebildet sein, aber auch aus einem ein Magnetfeld abschirmenden Material, wobei das Material bevorzugt ein Metall ist oder umfasst, wie etwa Aluminium, eine Aluminiumlegierung, Kupfer, eine Kupferlegierung, Eisen oder Edelstahl.
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Wie in den Figuren ebenfalls dargestellt ist, weist die Halterung 2 in einem Einbauzustand in einem zur Kraftfahrzeugfront weisenden Bereich eine quer zur Kraftfahrzeuglängsachse verlaufende, sich aus der Grundfläche der Halterung 2 in Richtung des Bodens erstreckende Erhebung 3 auf, wobei die Höhe der Erhebung 3 gleich oder größer ist als die Höhe des Spulengehäuses 1 an der Grundfläche der Halterung 2, wobei das Spulengehäuse 1 (von der Kraftfahrzeugfront aus gesehen) hinter der Erhebung 3 angeordnet ist
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Hierbei ist es vorteilhaft, wenn bei der Erhebung 3, wie in den Figuren dargestellt, deren vordere, in einem Einbauzustand zur Kraftfahrzeugfront weisenden Fläche und die Grundfläche der Halterung 2 einen Winkel A im Bereich von gleich oder größer 90° zueinander aufweisen, bevorzugt einen Winkel A im Bereich von 110° bis 160°.
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Die Erhebung 3 kann bspw. im Querschnitt eine im Wesentlichen dreieckige Form aufweisen, wobei die distale, d. h. die von der Grundfläche der Halterung 2 entfernte Spitze der Erhebung 3 gerundet oder abgeflacht ausgebildet sein kann. Die Erhebung 3 kann weiter aus dem gleichen oder einem anderen Material wie die restliche Halterung 2 ausgebildet sein. Bspw. kann die Erhebung 3 aus einem entsprechend gebogenen Blech ausgebildet sein, welches mit dem Rest der Halterung kraftschlüssig, formschlüssig oder stoffschlüssig verbunden ist.
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Die Halterung 2 ist mit seiner Oberseite an wenigstens einem Fahrzeugstrukturelement 4 angeordnet, bzw. formschlüssig, kraftschlüssig oder stoffschlüssig – bevorzugt lösbar – befestigt (bspw. mittels einer Verschraubung).
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Die Erhebung 3 dient hierdurch als eine Auffahrschutzrampe für das Spulengehäuse 1 bei Fahrmanövern, bei denen das Kraftfahrzeug mit der Kraftfahrzeug-Unterseite der auf ein Hindernis aufsetzt oder auffährt, bspw. bei einem Auffahren auf eine Böschung.
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Bei einem Aufsetzen oder Auffahren der Kraftfahrzeug-Unterseite auf ein Hindernis können insbesondere Kräfte in x-Richtung (entlang der Kraftfahrzeuglängsachse) sowie in z-Richtung (entlang der Kraftfahrzeughochachse) auf die Erhebung 3 einwirken. Um diese Kräfte wirkungsvoll in das Fahrzeugstrukturelement 4 einleiten zu können, kann gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung vorgesehen sein, dass die Halterung 3 an einem Integralträger als Fahrzeugstrukturelement 4 des Kraftfahrzeugs angeordnet ist.
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Allgemein kann, wie in den 2 und 3 schematisch dargestellt ist, die Halterung 2 sich von dem Grundkörper der Halterung 2 erstreckende, laschenartige Elemente mit je einer Durchgangsöffnung aufweisen, wobei das Fahrzeugstrukturelement 4 entsprechende Anschraubpunkte aufweist, die derart bei dem Fahrzeugstrukturelement 4 angeordnet sind, dass sie mit den Durchgangsöffnungen fluchten, so dass die Halterung 2 bspw. mittels Schrauben an dem Fahrzeugstrukturelement 4 lösbar befestigt werden kann. Als Fahrzeugstrukturelement 4 kann – wie bereits erwähnt – ein Integralträger oder ein ähnliches tragendes Bauteil der Kraftfahrzeugstruktur dienen.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist die Halterung 2 weiter wenigstens ein Aufsetzelement 5 auf, das eine Aufsetzfläche aufweist, die sich im Wesentlichen parallel zur Grundfläche der Halterung 2 erstreckt und wobei der Abstand der Aufsetzfläche von der Grundfläche der Halterung 2 gleich oder größer ist als die Höhe des Spulengehäuses 1 an der Grundfläche der Halterung 2 und wobei die Aufsetzfläche in einem Einbauzustand in einem hinteren, weiter als die Erhebung 3 von der Kraftfahrzeugfront entfernten Bereich der Halterung 2 angeordnet ist oder sich von der Halterung 2 erstreckt.
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Die Halterung 2 kann bezüglich des Aufsetzelements 5 in vorteilhafter Weise auch dahin weitergebildet sein, dass die Halterung 2 zwei flächige Aufsetzelemente 5, 5' aufweist, wobei sich deren Aufsetzflächen in einem Einbauzustand im Wesentlichen parallel zu den beiden Längsseiten des Spulengehäuses 1 erstrecken.
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Durch das/die Aufsetzelemente 5, 5' kann ein nochmals verbesserter Schutz des Spulengehäuses 1 bei einem Aufsetzen oder Auffahren des Kraftfahrzeugs auf ein Hindernis erreicht werden.
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Das/Die Aufsetzelement(e) können aus dem gleichen Material ausgebildet sein, wie die restliche Halterung 2 oder einem davon verschiedenen Material. Die gesamte Halterung 2 mit der Erhebung 3 und dem/den optionalen Aufsetzelement(en) 5, 5' können einstückig oder mehrstückig ausgebildet sein.
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Ein besonders guter Schutz für das Spulengehäuse 1 und die darin angeordnete Sekundärspule kann erreicht werden, wenn – wie dies gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen ist – das Kraftfahrzeug eine (in den Figuren nicht dargestellte) Abdeckung der Motorunterseite (auch Unterbodenverkleidung genannt) aufweist, die sich in einem Einbauzustand zumindest teilweise unterhalb der Halterung 2 erstreckt.
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Die Abdeckung der Motorunterseite kann sich bspw. vom Bereich der Kraftfahrzeugfront (bspw. ab den vorderen Stoßfängern) bis teilweise oder vollständig unterhalb der Halterung 2 erstrecken.
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Diese Abdeckung der Motorunterseite kann in vorteilhafter Weise dazu ausgebildet sein, im Falle einer Ausübung von Kräften auf die Abdeckung der Motorunterseite aufgrund eines Aufsetzens oder Auffahrens auf ein Hindernis in Richtung des Aufsetzelements/der Aufsetzelemente 5, 5' der Halterung 2 bewegbar/veränderbar zu sein und sich gegebenenfalls an dem/den Aufsetzelement(en) 5, 5' abzustützen. Hierzu ist es selbstverständlich erforderlich, dass sich die Abdeckung der Motorunterseite bis wenigstens zu dem/den Aufsetzelement(en) 5, 5' hin erstreckt.
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Die Abdeckung der Motorunterseite muss aus einem für ein Magnetfeld durchlässigen Material ausgebildet sein, etwa aus Kunststoff.
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Bei einem Aufsetzen oder Auffahren der Kraftfahrzeug-Unterseite auf ein Hindernis wirken üblicher Weise auf den vorderen Bereich einer derartigen Abdeckung größere Kräfte als auf deren hinteren Bereich. Daher kann in vorteilhafter Weise diese Abdeckung der Motorunterseite im vorderen Bereich, d. h. dem Bereich der Abdeckung die sich in einem Einbauzustand näher in Richtung der Kraftfahrzeugfront befindet, stärker ausgebildet sein als in deren hinteren Bereich, um so den unterschiedlichen Belastungen im Falle eines Unfalls zu entsprechen.
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Bezüglich der Materialstärke und der konkreten Ausgestaltung (Strukturierung) der Halterung 2, der Erhebung 3 sowie gegebenenfalls des/der Aufsetzelements/Aufsetzelemente 5. 5' bestehen keine besonderen Einschränkungen und ein Fachmann wird diese unter Berücksichtigung der Materialeigenschaften und der Größe der Kräfte wählen, bis zu der die Halterung 2, die Erhebung 3 und gegebenenfalls das/die Aufsetzelement(e) 5, 5' ein Aufsetzen oder Auffahren der Kraftfahrzeug-Unterseite (des Kraftfahrzeug-Unterbodens) auf ein Hindernis (mit Ausnahme von sichtbaren Gebrauchsspuren) unbeschädigt überstehen soll.
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Zusammenfassend kann festgehalten werden, dass durch die vorliegende Erfindung und das darin offenbarte Schutzkonzept die Sekundärspule auch bei einem Unfall, insbesondere bei einem Aufsetzen oder Auffahren auf ein Hindernis (nahezu) belastungsfrei integriert werden kann, hierdurch die Schutzziele einer Hochvolt-Sicherheit gewährleistet und die Hochvoltkomponente vor einer Beschädigung geschützt werden können.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Spulengehäuse
- 2
- Halterung
- 3
- Erhebung
- 4
- Fahrzeugstrukturelement
- 5, 5'
- Aufsetzelement
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102011088112 A1 [0008]
- JP 2014-127592 A [0009]
