DE102015104858A1 - Vorrichtung zum berührungslosen Laden eines elektrischen Energiespeichermittels eines Kraftfahrzeugs - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (1) zum berührungslosen Laden eines elektrischen Energiespeichermittels eines Kraftfahrzeugs, umfassend – mindestens eine Primärspule (3), die an ein elektrisches Stromversorgungsnetz anschließbar ist, sowie – ein Bodengehäuse (4), innerhalb dessen die Primärspule (3) angeordnet ist, wobei die Vorrichtung (1) so ausgebildet ist, dass die Primärspule (3) im Betrieb von einem Wechselstrom durchflossen werden kann und ein magnetisches Wechselfeld erzeugen kann, das in einer fahrzeugseitigen, durch einen Luftspalt von der Primärspule (3) getrennten Sekundärspule eine elektrische Wechselspannung induzieren kann, aus der ein zeitlich veränderlicher Stromfluss resultiert, der mittels eines fahrzeugseitig vorgesehenen Gleichrichtermittels in einen Gleichstrom zum Aufladen des an das Gleichrichtermittel angeschlossenen elektrischen Energiespeichermittels wandelbar ist, wobei die mindestens eine Primärspule (3) unter Einwirkung einer äußeren Druckkraft mechanisch nachgebend an das Bodengehäuse (4) angebunden ist.
Description
- Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum berührungslosen Laden eines elektrischen Energiespeichermittels eines Kraftfahrzeugs, umfassend mindestens eine Primärspule, die an ein elektrisches Stromversorgungsnetz anschließbar ist, sowie ein Bodengehäuse, innerhalb dessen die Primärspule angeordnet ist, wobei die Vorrichtung so ausgebildet ist, dass die Primärspule im Betrieb von einem Wechselstrom durchflossen werden kann und ein magnetisches Wechselfeld erzeugen kann, das in einer fahrzeugseitigen, durch einen Luftspalt von der Primärspule getrennten Sekundärspule eine elektrische Wechselspannung induzieren kann, aus der ein zeitlich veränderlicher Stromfluss resultiert, der mittels eines fahrzeugseitig vorgesehenen Gleichrichtermittels in einen Gleichstrom zum Aufladen des an das Gleichrichtermittel angeschlossenen elektrischen Energiespeichermittels wandelbar ist.
- Alternative Antriebe spielen in der Kraftfahrzeugtechnik eine zunehmend größere Rolle. Aus dem Stand der Technik sind Kraftfahrzeuge bekannt, bei denen der Antrieb eine elektrische Maschine oder eine Kombination aus einer elektrischen Maschine und einer Brennkraftmaschine (so genannte Hybrid-Elektrofahrzeuge) umfasst. Derartige Kraftfahrzeuge weisen ein elektrisches Energiespeichermittel zum Speichern elektrischer Energie auf, die zum Speisen der elektrischen Maschine verwendet wird. Das elektrische Energiespeichermittel, dessen elektrisches Spannungsniveau typischerweise im Bereich zwischen 200 V und 400 V liegt, weist eine Vielzahl aufladbarer Akkumulatorzellen oder aufladbarer Blöcke von Akkumulatorzellen auf, die miteinander verschaltet sind.
- Um das elektrische Energiespeichermittel aufladen zu können, sind aus dem Stand der Technik unterschiedliche Lösungsansätze bekannt. Häufig erfolgt das Aufladen mit Hilfe eines Ladekabels, das an eine Ladeschnittstelle des Kraftfahrzeugs und an eine Ladeschnittstelle eines öffentlichen Stromversorgungsnetzes angeschlossen werden kann (so genannte Plug-In-Technik). Bei den Ladeschnittstellen des öffentlichen Stromversorgungsnetzes handelt es sich häufig um genormte Steckdosen, in die ein herkömmlicher Ladestecker des Ladekabels eingesteckt werden kann. Der Ladevorgang am öffentlichen Stromversorgungsnetz erfordert stets einen Eingriff des Fahrzeugnutzers, da das Ladekabel in die dafür vorgesehenen Ladeschnittstellen eingesteckt werden muss, wodurch diese einem Verschleiß unterliegen. Wird das Ladekabel vom Fahrzeugnutzer versehentlich nicht mitgeführt, ist ein Aufladen des elektrischen Energiespeichermittels des Kraftfahrzeugs nicht möglich. Wenn Ladestationen für elektrische Energiespeichermittel von Kraftfahrzeugen in öffentlich zugänglichen Bereichen installiert sind, besteht ferner das Problem, dass diese häufig durch Vandalismus beschädigt werden.
- Um den vorstehend genannten Problemen abzuhelfen, ist es aus dem Stand der Technik bereits bekannt, das Energiespeichermittel eines Kraftfahrzeugs, mittels dessen die elektrische Maschine gespeist werden kann, durch Induktion berührungslos aufzuladen. Zu diesem Zweck werden zwei Spulen benötigt. Eine erste Spule (Primärspule) ist in einem Bodengehäuse untergebracht und an ein öffentliches Stromversorgungsnetz angeschlossen. Ferner ist eine zweite Spule (Sekundärspule) im Bereich eines Unterbodens des Kraftfahrzeugs positioniert. Die Primärspule und die Sekundärspule müssen zum Aufladen des elektrischen Energiespeichermittels des Kraftfahrzeugs möglichst exakt übereinander positioniert und somit in x-, y- und z-Richtung zueinander ausgerichtet sein. Die bodenseitig vorgesehene Primärspule wird zum Aufladen des elektrischen Energiespeichermittels von einem elektrischen Wechselstrom durchflossen. Die Primärspule generiert ein magnetisches Wechselfeld, welches in der fahrzeugseitigen Sekundärspule eine Wechselspannung induziert, die einen zeitlich veränderlichen Stromfluss zur Folge hat. Fahrzeugseitig ist ein Gleichrichtermittel vorgesehen, um eine Gleichrichtung des Wechselstroms zu bewirken, so dass das elektrische Energiespeichermittel aufgeladen werden kann.
- Der Abstand zwischen der Primärspule und der Sekundärspule in z-Richtung (Hochrichtung) kann durch die Verwendung einer Hubvorrichtung, die innerhalb des Bodengehäuses angeordnet ist und zum Beispiel scherenartig ausgebildet sein kann, variiert werden. Durch Anheben der Primärspule kann die Größe eines Luftspalts zwischen der Primärspule und der Sekundärspule in definierter Weise variiert und passend eingestellt werden.
- Moderne Kraftfahrzeuge sind häufig mit einem höhenverstellbaren Fahrwerk ausgestattet, mittels dessen zumindest zwei unterschiedliche Höhenniveaus des Kraftfahrzeugs einstellbar sind. Das höhenverstellbare Fahrwerk kann zum Beispiel eine höhenverstellbare Luftfederungseinrichtung umfassen. Wie in der
WO 2014/114762 A2 WO 2012/079668 A2 US 2012/0025761 A1 - Bei Kraftfahrzeugen, bei denen das höhenverstellbare Fahrwerk eine Luftfederungseinrichtung umfasst, kann das Problem auftreten, dass die Luftfederungseinrichtung bei längerer Standzeit des Kraftfahrzeugs absackt. Wenn das Kraftfahrzeug zum Aufladen des elektrischen Energiespeichermittels oberhalb des Bodengehäuses mit der Primärspule positioniert ist, kann das Absacken der Luftfederungseinrichtung unter Umständen dazu führen, dass das Kraftfahrzeug auf der Primärspule aufsetzt, wodurch es unter Umständen zu Beschädigungen kommen kann.
- Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum berührungslosen Laden eines elektrischen Energiespeichermittels eines Kraftfahrzeugs der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, dass Beschädigungen, die durch ein Aufsetzen des Kraftfahrzeugs auf der Primärspule hervorgerufen werden können, verhindert werden können.
- Die Lösung dieser Aufgabe liefert eine Vorrichtung der eingangs genannten Art mit den Merkmalen des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1. Die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.
- Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum berührungslosen Laden eines elektrischen Energiespeichermittels eines Kraftfahrzeugs zeichnet sich dadurch aus, dass die mindestens eine Primärspule unter Einwirkung einer äußeren Druckkraft mechanisch nachgebend an das Bodengehäuse angebunden ist. Die Erfindung geht von der Idee aus, die Primärspule nicht starr, sondern nachgebend an das Bodengehäuse anzubinden. Durch die Vermeidung einer starren Anbindung der Primärspule an das Bodengehäuse kann insbesondere dem Problem begegnet werden, dass ein Kraftfahrzeug mit einem höhenverstellbaren Fahrwerk, welches eine Luftfederungseinrichtung aufweist, bei einem zum Beispiel standzeitbedingten Absacken der Luftfederungseinrichtung auf der Primärspule derart aufsetzt, dass daraus Beschädigungen resultieren können. Durch das Absacken der Luftfederungseinrichtung wird von oben ein Druck auf die Primärspule ausgeübt, der bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung dazu führt, dass die nachgebend an das Bodengehäuse angebundene Primärspule nach unten gedrückt wird, so dass Beschädigungen wirksam verhindert werden können.
- In einer bevorzugten Ausführungsform wird vorgeschlagen, dass die Vorrichtung mindestens ein Druckfedermittel umfasst, mittels dessen die Primärspule an das Bodengehäuse angebunden ist. Dadurch kann eine robust ausgestaltete nachgebende Anbindung der Primärspule an das Bodengehäuse erreicht werden.
- In diesem Zusammenhang hat es sich als zweckmäßig erwiesen, dass sich das mindestens eine Druckfedermittel zwischen einem Bodenabschnitt des Bodengehäuses und der Primärspule erstreckt. Die Federkraft des mindestens einen Druckfedermittels wirkt somit der Gewichtskraft des Kraftfahrzeugs genau entgegen.
- In einer bevorzugten Ausführungsform wird vorgeschlagen, dass das mindestens eine Druckfedermittel als Schraubenfeder ausgebildet ist. Dadurch kann das mindestens eine Druckfedermittel mechanisch besonders robust ausgebildet werden.
- In einer alternativen Ausführungsform besteht auch die Möglichkeit, dass das mindestens eine Druckfedermittel als Gasdruckfeder ausgebildet ist. Dadurch wird ebenfalls eine mechanisch robuste Ausgestaltung des Druckfedermittels erreicht.
- In einer bevorzugten Ausführungsform kann die Länge des mindestens einen Druckfedermittels so gewählt sein, dass sich die Primärspule im entspannten Zustand des mindestens einen Druckfedermittels oberhalb einer oberen Gehäuseöffnung des Bodengehäuses erstreckt. Bei einer Beaufschlagung des mindestens einen Druckfedermittels mit einer Druckkraft kann sich die daran angebundene Primärspule insbesondere in das Innere des Bodengehäuses hineinbewegen.
- Vorzugsweise kann die Länge des mindestens einen Druckfedermittels so gewählt sein, dass die Primärspule im unbelasteten Zustand des Druckfedermittels von der Sekundärspule derart beabstandet ist, dass sich in einem unteren Höhenniveau eines höhenverstellbaren Fahrwerks des Kraftfahrzeugs, das mindestens zwei Höhenniveaus aufweist, ein Luftspalt zwischen der Primärspule und der Sekundärspule bildet. Durch diese Maßnahme wird erreicht, dass der Luftspalt zwischen der Primärspule und der Sekundärspule durch Absenken des höhenverstellbaren Fahrwerks sicher eingeregelt werden kann.
- In einer besonders bevorzugten Weiterbildung besteht die Möglichkeit, dass die Vorrichtung eine Mehrzahl derartiger Druckfedermittel aufweist. Dadurch ist es in vorteilhafter Weise möglich, die auf die Primärspule bei einem Aufsetzen des Kraftfahrzeugs einwirkende Druckkraft auf mehrere Druckfedermittel zu verteilen.
- In einer vorteilhaften Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass das Bodengehäuse eine Bauhöhe aufweist, die so gewählt ist, dass bei einem Absacken des Kraftfahrzeugs ein Aufsetzen des Kraftfahrzeugs an einer Oberseite des Bodengehäuses verhindert werden kann. Durch diese Maßnahme wird zum Beispiel verhindert, dass bei einem standzeitbedingten Absacken einer Luftfederungseinrichtung eines höhenverstellbaren Fahrwerks des Kraftfahrzeugs die Primärspule zwar nachgibt, aber das Kraftfahrzeug dennoch auf einer Oberseite des Bodengehäuses aufsetzt.
- Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden deutlich anhand der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beiliegenden Abbildungen. Dabei zeigen
-
1 eine schematisch stark vereinfachte Darstellung, die das physikalische Prinzip eines berührungslosen Aufladens eines elektrischen Energiespeichermittels eines Kraftfahrzeugs durch Induktion veranschaulicht, -
2 eine schematisch stark vereinfachte Darstellung einer Vorrichtung zum berührungslosen Laden eines elektrischen Energiespeichermittels eines Kraftfahrzeugs, die gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ausgeführt ist. - Unter Bezugnahme auf
1 soll nachfolgend das physikalische Grundprinzip eines berührungslosen Aufladens eines elektrischen Energiespeichermittels2 eines Kraftfahrzeugs, welches als Antrieb eine elektrische Maschine oder eine Kombination aus einer elektrischen Maschine und einer Brennkraftmaschine (so genanntes Hybrid-Elektrofahrzeug) aufweist, näher erläutert werden. Eine für diesen Zweck eingerichtete Vorrichtung1 zum berührungslosen Aufladen des elektrischen Energiespeichermittels2 weist eine Primärspule3 auf, die in einem Bodengehäuse4 , welches in2 dargestellt ist, angeordnet ist. Die Primärspule3 schließt eine obere Gehäuseöffnung des Bodengehäuses4 ab. - Im Bereich eines Unterbodens
5 weist das Kraftfahrzeug eine Sekundärspule6 auf, die an ein Gleichrichtermittel7 angeschlossen ist wobei die Sekundärspule6 und das Gleichrichtermittel7 von einem gemeinsamen Gehäuse umfasst sein können. Das Gleichrichtermittel7 ist seinerseits an das elektrische Energiespeichermittel2 angeschlossen. Die Primärspule3 und die Sekundärspule6 müssen zum Aufladen des elektrischen Energiespeichermittels2 des Kraftfahrzeugs in x-, y- und z-Richtung zueinander ausgerichtet und möglichst exakt übereinander positioniert sein. Die Primärspule3 ist an ein öffentliches Stromversorgungsnetz angeschlossen und wird zum Aufladen des elektrischen Energiespeichermittels2 von einem elektrischen Wechselstrom durchflossen. Die Primärspule3 generiert dadurch ein magnetisches Wechselfeld10 , welches die fahrzeugseitige Sekundärspule6 zumindest teilweise durchdringt und in dieser eine Wechselspannung induziert. Diese Wechselspannung hat einen zeitlich veränderlichen Stromfluss zur Folge. Das fahrzeugseitig vorgesehene Gleichrichtermittel7 bewirkt eine Gleichrichtung des Wechselstroms, so dass das daran angeschlossene elektrische Energiespeichermittel2 geladen werden kann. - Wenn das Kraftfahrzeug mit einem höhenverstellbaren Fahrwerk, das eine Luftfederungseinrichtung aufweist, ausgestattet ist, kann das Problem auftreten, dass die Luftfederungseinrichtung bei einer längeren Standzeit des Kraftfahrzeugs absackt. Dadurch kann das Kraftfahrzeug unter Umständen auf der bodenseitig angeordneten Primärspule
3 aufsetzen und dadurch Beschädigungen hervorrufen. - Um diesem Problem abzuhelfen, ist das Bodengehäuse
4 der in2 dargestellten Vorrichtung1 zum berührungslosen Laden des elektrischen Energiespeichermittels2 hinsichtlich seiner Bauhöhe so ausgelegt, dass das Kraftfahrzeug bei einem Absacken der Luftfederungseinrichtung nicht auf einer Oberseite40 des Bodengehäuses4 aufsetzen kann. Ferner ist die Primärspule3 nicht starr in dem Bodengehäuse4 befestigt, sondern bei Einwirken einer äußeren Druckkraft nachgebend an dieses angebunden. Zu diesem Zweck sind in dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel innerhalb des Bodengehäuses4 zwei Druckfedermittel8 ,9 angeordnet, die sich zwischen einem Bodenabschnitt41 und der Primärspule3 erstrecken. Die Druckfedermittel8 ,9 sind in diesem Ausführungsbeispiel als Schraubenfedern ausgebildet, die in einer Längsrichtung des Bodengehäuses4 voneinander beabstandet angeordnet sind. Die Druckfedermittel8 ,9 können auch durch andere Federtypen, wie zum Beispiel durch Gasdruckfedern, realisiert werden. - Da das Bodengehäuse
4 eine geringere Bauhöhe als im Stand der Technik aufweist, erstreckt sich die Primärspule3 im entspannten Zustand der Druckfedermittel8 ,9 aus der oberen Gehäuseöffnung des Bodengehäuses4 heraus. Die Länge der Druckfedermittel8 ,9 ist so gewählt, dass sich die Primärspule3 im entspannten Zustand auf einem Höhenniveau befindet, auf das das Höhenniveau des Kraftfahrzeugs mittels der Luftfederungseinrichtung des höhenverstellbaren Fahrwerks unter Bildung eines Luftspalts zwischen der Primärspule3 und der Sekundärspule6 sicher und ohne die Gefahr eines Aufsetzens abgesenkt werden kann. - Wenn die Luftfederungseinrichtung nach einer längeren Standzeit absacken sollte, so dass das Kraftfahrzeug auf der Primärspule
3 aufsetzt, werden die Druckfedermittel8 ,9 komprimiert. Mit anderen Worten gibt also die Primärspule3 aufgrund des vom Kraftfahrzeug aufgebauten Drucks nach und bewegt sich in axialer Richtung nach unten, so dass insbesondere Beschädigungen der Primärspule3 sowie der fahrzeugseitig vorgesehenen Sekundärspule6 wirksam verhindert werden können. - ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
- Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
- Zitierte Patentliteratur
-
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- WO 2012/079668 A2 [0006]
- US 2012/0025761 A1 [0006]
Claims (9)
- Vorrichtung (
1 ) zum berührungslosen Laden eines elektrischen Energiespeichermittels (2 ) eines Kraftfahrzeugs, umfassend – mindestens eine Primärspule (3 ), die an ein elektrisches Stromversorgungsnetz anschließbar ist, sowie – ein Bodengehäuse (4 ), innerhalb dessen die Primärspule (3 ) angeordnet ist, wobei die Vorrichtung (1 ) so ausgebildet ist, dass die Primärspule (3 ) im Betrieb von einem Wechselstrom durchflossen werden kann und ein magnetisches Wechselfeld (10 ) erzeugen kann, das in einer fahrzeugseitigen, durch einen Luftspalt von der Primärspule (3 ) getrennten Sekundärspule (6 ) eine elektrische Wechselspannung induzieren kann, aus der ein zeitlich veränderlicher Stromfluss resultiert, der mittels eines fahrzeugseitig vorgesehenen Gleichrichtermittels (7 ) in einen Gleichstrom zum Aufladen des an das Gleichrichtermittel (7 ) angeschlossenen elektrischen Energiespeichermittels (2 ) wandelbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Primärspule (3 ) unter Einwirkung einer äußeren Druckkraft mechanisch nachgebend an das Bodengehäuse (4 ) angebunden ist. - Vorrichtung (
1 ) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1 ) mindestens ein Druckfedermittel (8 ,9 ) umfasst, mittels dessen die Primärspule (3 ) an das Bodengehäuse (4 ) angebunden ist. - Vorrichtung (
1 ) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich das mindestens eine Druckfedermittel (8 ,9 ) zwischen einem Bodenabschnitt (41 ) des Bodengehäuses (4 ) und der Primärspule (3 ) erstreckt. - Vorrichtung (
1 ) nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Druckfedermittel (8 ,9 ) als Schraubenfeder ausgebildet ist. - Vorrichtung (
1 ) nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Druckfedermittel (8 ,9 ) als Gasdruckfeder ausgebildet ist. - Vorrichtung (
1 ) nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge des mindestens einen Druckfedermittels (8 ,9 ) so gewählt ist, dass sich die Primärspule (3 ) im entspannten Zustand des mindestens einen Druckfedermittels (8 ,9 ) oberhalb einer oberen Gehäuseöffnung des Bodengehäuses (4 ) erstreckt. - Vorrichtung (
1 ) nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge des mindestens einen Druckfedermittels (8 ,9 ) so gewählt ist, dass die Primärspule (3 ) im unbelasteten Zustand des Druckfedermittels (8 ,9 ) von der Sekundärspule (6 ) derart beabstandet ist, dass sich in einem unteren Höhenniveau eines höhenverstellbaren Fahrwerks des Kraftfahrzeugs, das mindestens zwei Höhenniveaus aufweist, ein Luftspalt zwischen der Primärspule (3 ) und der Sekundärspule (6 ) bildet. - Vorrichtung (
1 ) nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung eine Mehrzahl derartiger Druckfedermittel (8 ,9 ) aufweist. - Vorrichtung (
1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Bodengehäuse (4 ) eine Bauhöhe aufweist, die so gewählt ist, dass bei einem Absacken des Kraftfahrzeugs ein Aufsetzen des Kraftfahrzeugs an einer Oberseite (40 ) des Bodengehäuses (4 ) verhindert werden kann.
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