DE102016202247A1

DE102016202247A1 - Kraftfahrzeug mit einer Induktionsspule

Info

Publication number: DE102016202247A1
Application number: DE102016202247.4A
Authority: DE
Inventors: Josef Krammer; Alexander MEIJERING
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2016-02-15
Filing date: 2016-02-15
Publication date: 2017-08-17

Abstract

Es ist ein Kraftfahrzeug mit einer sekundären Induktionsspule an der Fahrzeugunterseite zum induktiven Laden eines Energiespeichers des Kraftfahrzeugs bekannt. Während des Ladens kann sich die Sekundärspule spürbar erwärmen. Um auftretende Verlustleistung in Form von Wärme an der Sekundärspule abzuführen, weist die Induktionsspule einen Kühlbereich auf, der zumindest bereichsweise von einem Kühlmedium durchströmbar ist. Aufgabe der Erfindung ist es, ein Kraftfahrzeug mit einer Induktionsspule an der Fahrzeugunterseite zu schaffen, das eine ausreichende Kühlung während des Ladens gewährleistet. Erfindungsgemäß erzeugt während des induktiven Ladevorgangs zumindest ein Lüfter (8) des Kraftfahrzeugs (2) einen Luftstrom (L) zwischen der primären Induktionsspule (6) und der sekundären Induktionsspule (4). Dieser Luftstrom (L) ermöglicht es, Verlustwärme der Induktionsspulen (4, 6) abzutransportieren, sodass sich die Wärme nicht im Bereich der Induktionsspulen (4, 6) staut. Auf diese Weise kann eine Überhitzung der Induktionsspulen (4, 6) auch bei hohen zu übertragenden Leistungen vermieden werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug mit einer Induktionsspule nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Eine Induktionsspule an der Fahrzeugunterseite eines Kraftfahrzeugs eignet sich zum berührungslosen Laden eines Energiespeichers des Kraftfahrzeugs (beispielsweise einer Fahrzeugbatterie). Dazu ist es lediglich erforderlich, das Kraftfahrzeug über einen längeren Zeitraum über einer Ladevorrichtung zu positionieren, die ein sich änderndes Magnetfeld emittiert, um den Energiespeicher zu laden. Derartige Ladevorrichtungen können beispielsweise an öffentlichen Parkplätzen vorgesehen sein, um den Energiespeicher während des Parkens des Kraftfahrzeugs zu laden. Gerade im Vergleich zum Tankvorgang beim Betanken von Kraftfahrzeugen mit fossilen Brennstoffen ergeben sich sowohl Vorteile dadurch, dass keine spezielle Tankstelle aufgesucht werden muss, als auch dass das Laden berührungslos erfolgt und entsprechend besonders ergonomisch ohne weiteres Zutun durch den Fahrer vonstattengehen kann.
Die am Unterboden angeordnete Induktionsspule derartiger zum induktiven Laden ausgelegter Kraftfahrzeuge wird auch als Sekundärspule oder als CPM („Car Pad Module“) bezeichnet. Wird dieses Kraftfahrzeug nun über einer Ladevorrichtung zum induktiven Laden geparkt, emittiert eine sogenannte Primärspule der Ladevorrichtung zum Laden ein sich mit einer bestimmten Frequenz änderndes Magnetfeld. Während des Ladens entsteht sowohl in der Primärspule als auch in der Sekundärspule Wärme durch Wandlungsverluste.
Aus der DE 10 2014 204 517 A1 ist ein Kraftfahrzeug mit einer solchen Sekundärspule an der Fahrzeugunterseite bekannt. Während des Ladens kann sich die Sekundärspule spürbar erwärmen. Um auftretende Verlustleistung in Form von Wärme an der Sekundärspule abzuführen, weist die Induktionsspule einen Kühlbereich auf, der zumindest bereichsweise von einem Kühlmedium durchströmbar ist.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Kraftfahrzeug mit einer Induktionsspule an der Fahrzeugunterseite zu schaffen, das eine ausreichende Kühlung während des Ladens gewährleistet.
Diese Aufgabe wird mit einem Kraftfahrzeug mit einer Induktionsspule mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
Erfindungsgemäß weist ein Kraftfahrzeug eine sekundäre Induktionsspule an der Fahrzeugunterseite zum induktiven Laden eines Energiespeichers des Kraftfahrzeugs auf. Wenn sich diese sekundäre Induktionsspule oberhalb einer primären Induktionsspule befindet, die ein sich änderndes Magnetfeld emittiert, kann der Energiespeicher durch Induktion aufgeladen werden. Die primäre Induktionsspule kann beispielsweise auf einem Parkplatz angeordnet sein. Während des induktiven Ladevorgangs erzeugt zumindest ein Lüfter des Kraftfahrzeugs einen Luftstrom zwischen der primären und der sekundären Induktionsspule. Dieser Luftstrom ermöglicht es, Verlustwärme der Induktionsspulen abzutransportieren, sodass sich die Wärme nicht im Bereich der Induktionsspulen staut. Auf diese Weise kann eine Überhitzung der Induktionsspulen auch bei hohen zu übertragenden Leistungen vermieden werden. Da der Abstand der beiden Induktionsspulen beim Laden relativ gering ist, und der die sekundäre Induktionsspule umgebende Fahrzeugboden zusätzlich eine natürliche Konvektion erschwert, ist der aktive Abtransport durch den von dem Lüfter erzeugten Luftstrom sehr hilfreich. Dieser vom Lüfter erzeugte Luftstrom ermöglicht es, beim Laden auch hohe Leistungen zu übertragen, ohne dass die übertragene Leistung aufgrund der Abwärme der Induktionsspulen reduziert werden muss, um Beschädigungen zu vermeiden.
Bevorzugt weist das Kraftfahrzeug in Fahrzeuglängsrichtung gesehen vorne einen Motorraum auf. Idealerweise ist der Vorderwagen des Kraftfahrzeugs an der Vorderseite mit einem Querträger überbrückt, die den zumindest einen Kühler trägt. Eine solche Anordnung eines Lüfters ist bereits von konventionellen Kraftfahrzeugen mit einer Brennkraftmaschine im Motorraum bekannt. Diese an sich bekannte Anordnung eignet sich nun auch für das Kühlen der Induktionsspulen während des Ladevorgangs eines rein elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugs oder eines Kraftfahrzeugs, das sowohl elektrisch als auch herkömmlich mit einer Brennkraftmaschine antreibbar ist. Vorteilhafterweise weist das Kraftfahrzeug zumindest ein Luftführungselement auf, das zumindest einen Teil des Luftstroms des zumindest einen Lüfters gezielt zu den Induktionsspulen leitet. Auf diese Weise kann die Leistung des Lüfters besonders effizient zur Kühlung der Induktionsspulen bzw. zur Ableitung der Abwärme der Induktionsspulen verwendet werden.
Idealerweise erfolgt die Ansteuerung des zumindest einen Lüfters in Abhängigkeit der von einem Sensor gemessenen Temperatur im Bereich der Induktionsspulen. Der Lüfter des Kraftfahrzeugs wird üblicherweise durch einen Elektromotor angetrieben. Dieser verbraucht wiederum Strom aus dem Energiespeicher und erzeugt je nach Geschwindigkeit des Betriebs des Lüfters auch in der Umgebung des Kraftfahrzeugs wahrnehmbare Geräusche. Um die Leistungsaufnahme des Lüfters und die akustische Belastung in der Umgebung des Kraftfahrzeugs beim Laden des Energiespeichers über die Induktionsspulen so gering wie möglich zu halten, erfolgt die Ansteuerung des Lüfters in Abhängigkeit des Bedarfs zum Wärmeabtransport. Dieser Bedarf wird über die Temperatur im Bereich der Induktionsspulen durch einen Sensor erfasst. Bei hohen Temperaturen besteht ein hoher Bedarf zum Wärmeabtransport. Entsprechend schnell wird dann der Lüfter betrieben. Bei niedrigen Temperaturen und einem entsprechend geringen Bedarf, die Wärme abzutransportieren, wird der Lüfter entsprechend langsam betrieben, sodass er weniger Strom verbraucht und im Betrieb leiser ist.
Die Erfindung bezieht sich zudem auf eine Ladevorrichtung zum induktiven Laden des Energiespeichers des Kraftfahrzeugs. Vorteilhafterweise weist die Ladevorrichtung eine Einrichtung zum Empfangen und Verarbeiten von vom Kraftfahrzeug übertragenen Daten auf. Die Übertragung der Daten kann beispielsweise mittels einer Datenleitung, mittels einer Funkverbindung, mittels WLAN, Bluetooth, o. ä. erfolgen.
Die primären Induktionsspulen sind für viele unterschiedliche Kraftfahrzeuge geeignet und können teilweise sehr hohe Leistungen durch Induktion übertragen. Nicht alle sekundären Induktionsspulen sind gleichermaßen leistungsfähig und neigen daher trotz des vom Lüfter erzeugten Luftstroms zu Überhitzung. Die Möglichkeit zur Übertragung und Verarbeitung von Daten vom Kraftfahrzeug ermöglicht es, dass das Kraftfahrzeug in regelmäßigen Abständen die im Bereich der Induktionsspulen gemessene Temperatur an die Ladevorrichtung weiterleitet. Auch kann die maximal von der sekundären Induktionsspule aufnehmbare Leistung übermittelt werden. Die Ladevorrichtung kann dann beispielsweise in Abhängigkeit der Temperatur und/oder der maximal aufnehmbaren Leistung der sekundären Induktionsspule die Leistung des von der primären Induktionsspule erzeugten Magnetfeldes steuern.
Die Wirksamkeit der Kühlung der Induktionsspulen durch den von dem Kühler erzeugten Luftstrom kann noch erhöht werden, wenn die Induktionsspulen eine möglichst große Oberfläche aufweisen, über die die Abwärme an den vorbeistreichenden Luftstrom abgegeben werden kann. Idealerweise weist die primäre Induktionsspule der Ladevorrichtung dazu eine bewusst vergrößerte Oberfläche zur Wärmeabgabe auf. Dazu kann die primäre Induktionsspule beispielsweise auf der Oberseite Kühlrippen aufweisen. Alternativ oder ergänzend kann die primäre Induktionsspule auch Kühlöffnungen bzw. Kühlkanäle aufweisen, durch die der Luftstrom zumindest teilweise hindurchströmen kann.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand von Unteransprüchen.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt, anhand dessen die Erfindung im Folgenden näher beschrieben wird. Die einzelnen Figuren zeigen in schematischer Darstellungsweise:
1 eine Seitenansicht eines Kraftfahrzeugs mit einer sekundären Indukti onsspule am Unterboden, die sich oberhalb einer primären Induktions spule befindet, und
2 eine vergrößerte, schematische Ansicht der primären Induktionsspule.
In 1 ist eine Seitenansicht eines abgestellten Personenkraftfahrzeugs 2 gezeigt, das auf der Fahrzeugunterseite im Bereich des Vorderwagens eine sekundäre Induktionsspule 4 aufweist. Diese sekundäre Induktionsspule 4 ist mit elektrisch mit einem nicht dargestellten Energiespeicher des Personenkraftfahrzeugs 2 verbunden. Das Personenkraftfahrzeug 2 ist auf einem Parkplatz abgestellt, der über eine Ladevorrichtung zum induktiven Laden des Personenkraftfahrzeugs 2 verfügt. Dazu weist die Ladevorrichtung des Parkplatzes eine im Boden eingelassene und auf den Boden montierte primäre Induktionsspule 6 auf, die zum induktiven Laden ein sich änderndes Magnetfeld emittieren kann. Zum induktiven Laden des Energiespeichers des Personenkraftfahrzeugs 2 muss dieses so auf dem Parkplatz abgestellt werden, dass sich die sekundäre Induktionsspule 4 an der Unterseite des Personenkraftfahrzeugs möglichst exakt oberhalb der primären Induktionsspule 6 befindet. Während des Ladens erzeugt das von der primären Induktionsspule 6 emittierte sich ändernde Magnetfeld Strom in der sekundären Induktionsspule 4, der zum Laden des Energiespeichers verwendet wird. In der Praxis kommt es dabei immer zu Übertragungsverlusten, die zu einer unerwünschten Erwärmung der primären und sekundären Induktionsspulen 6 und 4 führen.
Zum induktiven Laden eines Energiespeichers insbesondere eines elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugs muss eine vergleichsweise hohe Leistung übertragen werden, um die Ladezeit so gering wie möglich zu halten. Aufgrund dieser hohen Leistung entsteht entsprechend viel Verlustwärme. Diese Verlustwärme muss ab einer bestimmten Temperatur abtransportiert werden, um Beschädigungen der Induktionsspulen 4, 6 oder angrenzender Bauteile zu vermeiden. Der Abtransport der Wärme ausschließlich durch Konvektion ist hierbei nicht ausreichend, zumal die Konvektion durch die Anordnung der sekundären Induktionsspule an der Fahrzeugunterseite stark behindert wird.
Das Personenkraftfahrzeug 2 weist zum Abtransport dieser Verlustwärme einen Lüfter 8 auf, der im Vorderwagen 10 des Personenkraftwagens 2 angeordnet ist. Dazu weist der Vorderwagen 10 in Fahrzeuglängsrichtung x gesehen an der Vorderseite einen Querträger auf, die den zumindest einen Kühler 8 trägt. Eine solche Anordnung eines Lüfters 8 ist bereits von konventionellen Kraftfahrzeugen mit einer Brennkraftmaschine im Motorraum bekannt. Der von diesem Lüfter 8 erzeugte Luftstrom L wird durch Luftleitelemente im Vorderwagen 10 so geleitet, dass er zwischen den beiden Induktionsspulen 4 und 6 hindurchströmt und so die Verlustwärme abtransportiert.
Das Personenkraftfahrzeug 2 weist im Bereich der sekundären Induktionsspule 4 einen Temperatursensor auf, der die entstehende Wärme messen kann. Der Lüfter 8 wird in Abhängigkeit der von dem Sensor erfassten Temperatur angesteuert, um eine Überhitzung zu vermeiden. Zudem wird die gemessene Temperatur drahtlos an die Ladevorrichtung übermittelt, sodass diese die emittierte Leistung gegebenenfalls drosseln kann, wenn keine ausreichende Wärmeabfuhr mehr anders gewährleistet werden kann.
In 2 ist eine Detailansicht der primären Induktionsspule 6 gezeigt. Die Induktionsspule 6 umfasst die eigentlichen metallischen Wicklungen 12 der Spule, die von einem schützenden Kunststoffkörper 14 umgeben sind. Zudem sind seitlich an der primären Induktionsspule 6 Kühlrippen 16 aus Aluminium angebracht. Die Kühlrippen 16 sind nur an den Seiten der primären Induktionsspule 6 angeordnet, da sie auf der Oberseite die Leistungsübertragung beeinträchtigen würden. Sie vergrößern die Oberfläche der primären Induktionsspule 6, über die die Verlustwärme an die Umgebung bzw. bei eingeschaltetem Lüfter 8 an den vorbeistreichenden Luftstrom L abgegeben werden kann. Zusätzlich kann die primäre Induktionsspule 6 unterhalb der eigentlichen metallischen Wicklungen 12 im Kunststoffkörper 14 zumindest einen Durchgangskanal 18 aufweisen, durch den ein Teil des Luftstroms L zur Kühlung zusätzlich hindurchströmen kann.
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

DE 102014204517 A1 [0004]

Claims

Kraftfahrzeug (2) mit einer sekundären Induktionsspule (4) an der Fahrzeugunterseite zum induktiven Laden eines Energiespeichers des Kraftfahrzeugs (2), wenn die sekundäre Induktionsspule (4) sich oberhalb einer primären Induktionsspule (6) befindet, die sich unterhalb des Kraftfahrzeugs (2) befindet und ein sich änderndes Magnetfeld emittiert, dadurch gekennzeichnet, dass während des induktiven Ladevorgangs zumindest ein Lüfter (8) des Kraftfahrzeugs (2) einen Luftstrom (L) zwischen der primären Induktionsspule (6) und der sekundären Induktionsspule (4) erzeugt.
Kraftfahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Kraftfahrzeug (2) in Fahrzeuglängsrichtung (x) gesehen vorne einen Vorderwagen (10) aufweist, der mit dem zumindest einen Lüfter (8) gekühlt werden kann.
Kraftfahrzeug nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorderwagen (10) an der Vorderseite mit einem Querträger überbrückt ist, die den zumindest einen Kühler (8) trägt.
Kraftfahrzeug nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Kraftfahrzeug (2) zumindest ein Luftführungselement aufweist, das zumindest einen Teil des Luftstroms (L) des zumindest einen Lüfters (8) gezielt zu den Induktionsspulen (4, 6) leitet.
Kraftfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansteuerung des zumindest einen Lüfters (8) in Abhängigkeit der von einem Sensor im Bereich der Induktionsspulen (4, 6) gemessenen Temperatur erfolgt.
Ladevorrichtung zum induktiven Laden eines Energiespeichers eines Kraftfahrzeugs (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Ladevorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Ladevorrichtung eine Einrichtung zum Empfangen und Verarbeiten von vom Kraftfahrzeug (2) übertragenen Daten aufweist.
Ladevorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Ladevorrichtung Temperaturdaten vom Kraftfahrzeug (2) empfangen kann, die ein Sensor des Kraftfahrzeugs (2) im Bereich der Induktionsspulen (4, 6) misst, sodass die von der primären Induktionsspule (6) emittierte Leistung in Abhängigkeit dieser Temperaturdaten steuerbar ist.
Ladevorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die primäre Induktionsspule (6) der Ladevorrichtung eine bewusst vergrößerte Oberfläche zur Wärmeabgabe aufweist.
Ladevorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die primäre Induktionsspule (6) zumindest eine Kühlrippe (16) und / oder zumindest eine Kühlöffnung (18) aufweist.