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Die Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug mit einer Umhüllung für dessen Sekundärspule zum induktiven Laden einer kraftfahrzeugseitigen elektrischen Speichereinrichtung.
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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 und einem daran gekoppelten Generator 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 ist es erforderlich, deren (teil)entladene elektrische Speichereinrichtung über ein externes Stromnetz zu laden.
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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 wenigstens die Unterseite des Spulengehäuses von einer für ein Magnetfeld durchlässigen Umhüllung umgeben ist und die Umhüllung an wenigstens einem Fahrzeugstrukturelement derart angeordnet ist, dass im Falle einer Ausübung von Kräften auf die Umhüllung aufgrund eines Aufsetzens oder Auffahrens der Kraftfahrzeug-Unterseite 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 der Kraftfahrzeug-Unterseite auf ein Hindernis, bspw. bei einem Auffahren auf eine Böschung (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 ist die Umhüllung aus einem Kunststoff ausgebildet ist, bevorzugt aus einem glasfaserverstärkten Kunststoff.
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Gemäß einer zweiten vorteilhaften Weiterbildung des Kraftfahrzeugs umgibt die Umhüllung das Spulengehäuse an allen Seiten, mit Ausnahme der Seite des Spulengehäuses, die in einem Einbauzustand der Kraftfahrzeug-Unterseite zugewandt ist.
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In vorteilhafter Weise kann bei dem Kraftfahrzeug gemäß der vorliegenden Erfindung die Umhüllung auf der Seite, die in einem Einbauzustand der Kraftfahrzeug-Unterseite zugewandt ist, eine Abdeckung aus einem ein Magnetfeld abschirmenden Material aufweisen, wobei das Material bevorzugt ein Metall ist oder umfasst, wie etwa Aluminium, eine Aluminiumlegierung, Kupfer, eine Kupferlegierung, Eisen oder Edelstahl.
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Weiter kann vorgesehen sein, dass bei dem Kraftfahrzeug gemäß der vorliegenden Erfindung die Umhüllung an einem Integralträger (auch Achsträger genannt) als Fahrzeugstrukturelement des Kraftfahrzeugs lösbar befestigt ist.
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Weiter ist es von Vorteil, wenn bei dem Kraftfahrzeug gemäß der vorliegenden Erfindung das Spulengehäuse mit Ausnahme der Seite, die in einem Einbauzustand der Kraftfahrzeug-Unterseite zugewandt ist, aus einem für ein Magnetfeld durchlässigen Material ausgebildet ist, bevorzugt einem Kunststoff.
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Gemäß noch einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung des Kraftfahrzeugs ist die Seite des Spulengehäuses, die in einem Einbauzustand der Kraftfahrzeug-Unterseite zugewandt ist, aus einem ein Magnetfeld abschirmenden Material ausgebildet, wobei das Material bevorzugt Aluminium, eine Aluminiumlegierung, Kupfer, eine Kupferlegierung, Eisen oder Edelstahl ist oder umfasst.
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Weitere Vorteile ergeben sich, wenn das Kraftfahrzeug gemäß der vorliegenden Erfindung eine Abdeckung der Motorunterseite aufweist, die sich in einem Einbauzustand zumindest teilweise unterhalb der Umhüllung erstreckt.
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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 Schnittansicht des Spulengehäuses, dessen Umhüllung und der Abdeckung der Motorunterseite
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2 eine beispielhafte, schematische und perspektivische Ansicht einer an ein Fahrzeugstrukturelement befestigten Umhüllung.
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Wie in 1 beispielhaft und schematisch dargestellt ist, weist das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug eine für ein Magnetfeld (elektromagnetische Feldlinien) durchlässige Umhüllung 3 auf, die wenigstens die Unterseite des Spulengehäuses 1 umgibt.
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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, d. h. es muss Material, das sich – in einem Einbauzustand – unterhalb der Sekundärspule 2 befindet, für elektromagnetische Feldlinien durchlässig sein.
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Vor diesem Hintergrund ist es vorteilhaft, wenn die Umhüllung 3 aus einem Kunststoff ausgebildet ist. Bezüglich des verwendeten Kunststoffs bestehen keine besonderen Einschränkungen, es ist jedoch bevorzugt, dass die Umhüllung 3 aus einem glasfaserverstärkten Kunststoff ausgebildet ist. Glasfaserverstärkter Kunststoff ist für elektromagnetische Feldlinien durchlässig und kann somit problemlos unterhalb der Sekundärspule 2 angebracht sein.
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Bezüglich der Dicke der Umhüllung bestehen keine besonderen Einschränkungen und ein Fachmann wird diese unter Berücksichtigung der Materialeigenschaften und der Größe der Kräfte wählen, bis zu der die Umhüllung 3 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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Damit bei einem Aufsetzen oder Auffahren der Kraftfahrzeug-Unterseite auf ein Hindernis die Sekundärspule 2 und gegebenenfalls auch das die Sekundärspule umgebende Gehäuse 1 möglichst belastungsfrei bleibt, ist gemäß der vorliegenden Erfindung vorgesehen und in 2 schematisch und beispielhaft dargestellt, dass die Umhüllung 3 an wenigstens einem Fahrzeugstrukturelement 4 derart angeordnet ist, dass im Falle einer Ausübung von Kräften auf die Umhüllung 3 aufgrund eines Aufsetzens oder Auffahrens der Kraftfahrzeug-Unterseite auf ein Hindernis zumindest ein Teil der ausgeübten Kräfte in das Fahrzeugstrukturelement 4 eingeleitet wird.
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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 Umhüllung 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 Umhüllung 3 an einem Integralträger als Fahrzeugstrukturelement 4 des Kraftfahrzeugs formschlüssig, kraftschlüssig oder stoffschlüssig befestigt ist, wobei eine lösbare Befestigung (bspw. mittels Verschraubung) bevorzugt ist.
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Allgemein kann, wie in den 2 schematisch dargestellt ist, die Umhüllung 3 sich von dem Grundkörper der Umhüllung 3 erstreckende, laschenartige Elemente 8 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 Umhüllung 3 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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Die Umhüllung 3 kann einstückig oder mehrstückig ausgebildet sein.
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Die Umhüllung 3 kann das Spulengehäuse 1 vollständig umgeben. Aus Gründen des Gewichts, der Material- und Kosteneinsparung ist es jedoch bevorzugt, dass die Umhüllung 3 das Spulengehäuse 1 an allen Seiten umgibt, mit Ausnahme der Seite des Spulengehäuses 1, die in einem Einbauzustand der Kraftfahrzeug-Unterseite zugewandt ist.
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Hierdurch ergibt sich eine „wannenartige” Form der Umhüllung 3, die auch – insbesondere wenn diese lösbar dem Fahrzeugstrukturelement 4 befestigt ist – in einem Service- oder Reparaturfall einen leichten Zugang zu dem Spulengehäuse 1 gewährleistet.
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Die „wannenartige” Umhüllung 3 kann auch als Halter für das Spulengehäuse 1 dienen, d. h. es kann vorgesehen sein, dass das Spulengehäuse 1 passgenau die „wannenartige” Umhüllung 3 eingefügt und gegebenenfalls an der Umhüllung 3 gegebenenfalls lösbar befestigt (bspw. angeschraubt) werden kann.
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Wie in 1 ebenfalls schematisch dargestellt ist, kann in vorteilhafter Weise die Umhüllung 3 auf der Seite, die in einem Einbauzustand der Kraftfahrzeug-Unterseite zugewandt ist, eine Abdeckung 5 aus einem für ein Magnetfeld undurchlässiges Material aufweisen. Diese Abdeckung 5 kann bspw. aus einem Metall oder einer Metalllegierung ausgebildet sein, etwa Aluminium, einer Aluminiumlegierung, Kupfer, einer Kupferlegierung, Eisen oder Edelstahl.
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Ist, wie oben beschrieben, die Umhüllung 3 „wannenartig” ausgebildet, kann in vorteilhafter Weise auch die Seite des Spulengehäuses 1, die in einem Einbauzustand der Kraftfahrzeug-Unterseite zugewandt ist, aus einem ein Magnetfeld abschirmenden Material ausgebildet sein. Diese Seite kann, wie die Abdeckung 5 bspw. aus einem Metall oder einer Metalllegierung ausgebildet sein, bevorzugt aus Aluminium, einer Aluminiumlegierung, Kupfer, einer Kupferlegierung, Eisen oder Edelstahl.
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Bei dieser Ausgestaltung des Kraftfahrzeugs ergibt sich in einem Einbauzustand somit oberhalb des Spulengehäuses 1 und bis zu in einem vorgebbaren Abstand um das Spulengehäuse 1 herum ein für ein Magnetfeld (elektromagnetische Feldlinien) undurchlässiger oder doch nur eingeschränkt durchlässiger Bereich. Hierdurch können nachteilige Auswirkungen der beim induktiven Laden erzeugten elektromagnetischen Feldlinien auf Bauteile des Kraftfahrzeugs, die etwa im Motorraum angeordnet sind, vermieden oder doch stark verringert werden.
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Innerhalb des Spulengehäuses 1, das bspw. eine Länge und Breite von jeweils etwa 250 mm und eine Höhe von etwa 20 mm aufweisen kann, ist die Sekundärspule 2 angeordnet und gegebenenfalls wenigstens eine der Sekundärspule 2 zugeordnete (in 1 nicht dargestellte) Elektronikkomponente. 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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Damit die von der Primärspule bei einem induktiven Laden erzeugten elektromagnetischen Feldlinien die in dem Spulengehäuse 1 angeordnete Sekundärspule 2 möglichst verlustfrei erreichen können, ist gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, dass das Spulengehäuse 1 mit Ausnahme der Seite, die in einem Einbauzustand der Kraftfahrzeug-Unterseite zugewandt ist, aus einem für ein Magnetfeld (elektromagnetische Feldlinien) durchlässigen Material ausgebildet ist, bevorzugt einem Kunststoff. Ein verwendbares Beispiel für einen Kunststoff ist ein glasfaserverstärkter Kunststoff.
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Hierdurch kann sichergestellt werden, dass elektromagnetische Feldlinien die Sekundärspule 2 nicht nur unmittelbar von Unten (vom Boden her) erreichen, sondern auch durch die Seitenwände des Spulengehäuses 1.
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Ein besonders guter Schutz für das Spulengehäuse 1 bzw. die darin angeordnete Sekundärspule 2 kann erreicht werden, wenn das Kraftfahrzeug in vorteilhafter Weise eine Abdeckung 7 der Motorunterseite aufweist, die sich in einem Einbauzustand zumindest teilweise unterhalb der Umhüllung 3 erstreckt.
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Die Abdeckung der Motorunterseite (auch Unterbodenverkleidung genannt) kann sich bspw. vom Bereich der Kraftfahrzeugfront (bspw. ab den vorderen Stoßfängern) bis teilweise oder vollständig unterhalb der Umhüllung 3 erstrecken.
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Die Abdeckung der Motorunterseite muss aus einem für ein Magnetfeld durchlässiges 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 7 größere Kräfte als auf deren hinteren Bereich. Daher kann in vorteilhafter Weise diese Abdeckung 7 der Motorunterseite im vorderen Bereich, d. h. dem Bereich der Abdeckung 7 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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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
- Sekundärspule
- 3
- Umhüllung
- 4
- Fahrzeugstrukturelement
- 5
- Abdeckung der Umhüllung
- 6
- der Fahrzeugunterseite zugewandte Seite des Spulengehäuses
- 7
- Abdeckung der Motorunterseite
- 8
- laschenartiges Element
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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]
