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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf drahtlose Aufladekontaktstellen.
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HINTERGRUND
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Eine drahtlose Aufladekontaktstelle empfängt Leistung im freien Raum (z. B. über ein drahtloses elektromagnetisches Feld) von einer Aufladequelle. Die Aufladekontaktstelle ist in Fahrzeuge eingebaut, die Netzleistung verwenden, um ihre Traktionsbatterien aufzuladen. Solche Fahrzeuge umfassen Elektrofahrzeuge und Einsteck-Hybridfahrzeuge.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Eine Aufladekontaktstelle umfasst eine Kühlmittelanordnung und eine Magnetanordnung. Die Kühlmittelanordnung weist eine erste Wand und eine zweite Wand auf, wobei zwischen den Wänden ein Kühlmittelkanal ausgebildet ist. Der Kühlmittelkanal dient der Zirkulation von Kühlmittel durch die Kühlmittelanordnung. Die Magnetanordnung ist benachbart zur ersten Wand der Kühlmittelanordnung angeordnet, damit Wärme, die durch die Magnetanordnung erzeugt wird, von der ersten Wand in das Kühlmittel im Kühlmittelkanal thermisch geleitet wird.
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Die Aufladekontaktstelle kann ferner eine Elektronikanordnung umfassen. Die Elektronikanordnung ist benachbart zur zweiten Wand der Kühlmittelanordnung angeordnet, um Wärme, die durch die Elektronikanordnung erzeugt wird, zu absorbieren und Wärme von der zweiten Wand in das Kühlmittel im Kühlmittelkanal thermisch zu leiten.
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Die Magnetanordnung ist dazu konfiguriert, Leistung von einer Aufladequelle drahtlos zu empfangen, und die Elektronikanordnung ist dazu konfiguriert, Wechselstromleistung, die drahtlos durch die Magnetanordnung empfangen wird, in elektrische Gleichstromleistung zum Batterieaufladen und/oder zur Traktion umzusetzen.
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Die Aufladekontaktstelle kann ferner eine elektromagnetische Abschirmung zwischen der ersten Wand der Kühlmittelanordnung und der Magnetanordnung und/oder der zweiten Wand der Kühlmittelanordnung und der Elektronikanordnung umfassen. Ein Zweck der Abschirmung besteht darin, die Elektronikanordnung vor dem starken Magnetfeld zu schützen, das durch die Magnetanordnung erzeugt wird. Die Abschirmung, am häufigsten aus einem Metallmaterial, wird verwendet, wenn die erste und die zweite Wand der Kühlmittelanordnung aus einem wärmeleitfähigen Kunststoff oder dergleichen bestehen. Falls die erste und/oder die zweite Wand der Kühlmittelanordnung aus Metallmaterial bestehen, wird die Abschirmungsfunktion durch die metallische erste und/oder zweite Wand der Kühlmittelanordnung geschaffen und der Impuls für die Verwendung der Abschirmung kann sich verringern.
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Die Kühlmittelanordnung kann ferner einen Kühlmitteleinlass, damit Kühlmittel in den Kühlmittelkanal eintritt, und einen Kühlmittelauslass, damit Kühlmittel aus dem Kühlmittelkanal austritt, umfassen.
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Die erste Wand und/oder die zweite Wand der Kühlmittelanordnung können aus einem wärmeleitfähigen Kunststoff oder Metallmaterialien bestehen.
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Die Magnetanordnung kann an der ersten Wand der Kühlmittelanordnung befestigt sein und die Elektronikanordnung kann an der zweiten Wand der Kühlmittelanordnung befestigt sein.
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Die Aufladekontaktstelle kann ferner ein Gehäuse umfassen, das mit der Kühlmittelanordnung verbunden ist, wobei die Magnetanordnung benachbart zur ersten Wand der Kühlmittelanordnung innerhalb des Gehäuses angeordnet ist. In diesem Fall kann die Magnetanordnung am Gehäuse befestigt sein.
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Die Magnetanordnung umfasst eine Induktionsspulenanordnung und kann ein Vergussmaterial umfassen, das einen Raum zwischen der Induktionsspulenanordnung und der ersten Wand der Kühlmittelanordnung füllt.
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Die Elektronikanordnung kann eine gedruckte Leiterplatte mit elektrischen und elektronischen Komponenten, die darauf angeordnet sind, umfassen und kann eine thermische Grenzflächenmaterialschicht umfassen, die zwischen der zweiten Wand der Kühlmittelanordnung und der gedruckten Leiterplatte angeordnet ist.
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Eine Aufladekontaktstelle für ein Elektrofahrzeug oder Einsteck-Hybridfahrzeug umfasst eine Kühlmittelanordnung, eine Magnetanordnung und eine Elektronikanordnung. Die Kühlmittelanordnung weist eine obere Wand und eine untere Wand auf, wobei ein Kühlmittelkanal zwischen den Wänden ausgebildet ist. Der Kühlmittelkanal dient zum Zirkulieren von Kühlmittel durch die Kühlmittelanordnung. Die Magnetanordnung ist dazu konfiguriert, drahtlos Leistung von einer Aufladequellen-Induktionsspulenanordnung zu empfangen, die der Magnetanordnung zugewandt ist. Die Magnetanordnung ist zur unteren Wand der Kühlmittelanordnung zum Absorbieren von Wärme, die durch die Magnetanordnung erzeugt wird, und zum thermischen Leiten der Wärme von der unteren Wand in das Kühlmittel im Kühlmittelkanal benachbart. Die Elektronikanordnung ist dazu konfiguriert, Wechselstromleistung, die drahtlos durch die Magnetanordnung empfangen wird, in elektrische Gleichstromleistung zum Aufladen der Fahrzeugtraktionsbatterie umzusetzen. Die Elektronikanordnung ist benachbart zur oberen Wand der Kühlmittelanordnung angeordnet, damit Wärme, die durch die Elektronikanordnung erzeugt wird, thermisch von der oberen Wand in das Kühlmittel im Kühlmittelkanal geleitet wird. Eine elektromagnetische Abschirmung befindet sich zwischen der unteren Wand der Kühlmittelanordnung und der Magnetanordnung und/oder zwischen der oberen Wand der Kühlmittelanordnung und der Elektronikanordnung.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 stellt ein schematisches Diagramm eines Elektrofahrzeugs, eines Einsteck-Hybridfahrzeugs oder eines Hybridfahrzeugs mit einer Aufladekontaktstelle zum drahtlosen Empfangen von Leistung von einer Aufladequelle zum Aufladen der Fahrzeugtraktionsbatterie dar;
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2 stellt ein Blockdiagramm der Aufladekontaktstelle dar, wobei die Aufladekontaktstelle eine Kühlmittelanordnung mit einer oberen und einer unteren Wand, wobei ein Kühlmittelkanal zwischen den Wänden ausgebildet ist, eine Elektronikanordnung, die benachbart zur oberen Wand der Kühlmittelanordnung angeordnet ist, und eine Magnetanordnung, die benachbart zur unteren Wand der Kühlmittelanordnung angeordnet ist, aufweist;
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3A stellt eine isometrische Ansicht der Aufladekontaktstelle von einer Unterseite eines Gehäuses der Aufladekontaktstelle benachbart zur Magnetanordnung dar;
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3B stellt eine isometrische Ansicht der Aufladekontaktstelle von einer Oberseite einer Abdeckung der Aufladekontaktstelle benachbart zur Elektronikanordnung dar;
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3C stellt eine Seitenansicht der Aufladekontaktstelle dar;
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3D stellt eine Seitenschnittansicht der Aufladekontaktstelle dar;
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4A stellt die Aufladekontaktstelle dar, wobei die Abdeckung davon entfernt ist und wobei die Elektronikanordnung an der oberen Wand der Kühlmittelanordnung angeordnet ist;
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4B stellt eine Ansicht der Elektronikanordnung von der oberen Wand der Kühlmittelanordnung entfernt in auseinandergezogener Anordnung dar;
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5 stellt eine Ansicht der Kühlmittelanordnung in auseinandergezogener Anordnung dar;
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6A stellt eine Ansicht der unteren Wand der Kühlmittelanordnung und der Magnetanordnung, die an einer Innenseite des Gehäuses angeordnet sind, in auseinandergezogener Anordnung dar; und
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6B stellt eine Ansicht der Magnetanordnung und des Gehäuses in auseinandergezogener Anordnung dar.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
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Detaillierte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden hier offenbart; selbstverständlich sind jedoch die offenbarten Ausführungsformen nur beispielhaft für die Erfindung, die in verschiedenen und alternativen Formen verkörpert sein kann. Die Figuren sind nicht notwendiger weise maßstäblich; einige Merkmale können übertrieben oder minimiert sein, um Details von speziellen Komponenten zu zeigen. Daher sollen hier offenbarte spezielle Struktur- und Funktionsdetails nicht als Begrenzung interpretiert werden, sondern nur als repräsentative Basis zum Lehren eines Fachmanns auf dem Gebiet, die vorliegende Erfindung verschiedenartig einzusetzen.
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Die drahtlose Übertragung von Leistung kann sich auf die Übertragung von irgendeiner Form von Energie, die elektrischen Feldern, Magnetfeldern, elektromagnetischen Feldern oder dergleichen zugeordnet ist, von einem Sender zu einem Empfänger ohne Verwendung von physikalischen elektrischen Leitern beziehen (z. B. kann Leistung durch den freien Raum übertragen werden). Die in ein drahtloses Feld (z. B. ein Magnetfeld) ausgegebene Leistung kann durch eine Empfangsspule empfangen, erfasst oder gekoppelt werden, um eine Leistungsübertragung zu erreichen.
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Ein Elektrofahrzeug wie z. B. ein Batterie-Elektrofahrzeug (BEV) verwendet nur elektrische Leistung von einer Traktionsbatterie für den Antrieb. Ein Elektrofahrzeug wie z. B. ein Hybrid-Elektrofahrzeug (HEV) oder ein Einsteck-Hybrid-Elektrofahrzeug (PHEV) verwendet eine Brennkraftmaschine und/oder eine externe Netzleistung, um seine Traktionsbatterie aufzuladen. Hier bezieht sich ”Elektrofahrzeug” auf irgendeinen Typ von Fahrzeug, das elektrische Leistung von einer Traktionsbatterie für den Fahrzeugantrieb verwendet. Ein Elektrofahrzeug ist nicht auf ein Automobil begrenzt und kann Motorräder, Karren, Roller und dergleichen umfassen. Als Beispiel wird hier ein Zielfahrzeug in Form eines Elektrofahrzeugs beschrieben. Andere Zielfahrzeuge, die zumindest teilweise unter Verwendung einer aufladbaren Energiespeichervorrichtung (z. B. einer Batterie) betrieben werden können, werden auch in Erwägung gezogen (z. B. elektronische Vorrichtungen wie z. B. persönliche Rechenvorrichtungen, Mobiltelefone, Tablet-Computer und dergleichen).
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Mit Bezug auf 1 ist ein schematisches Diagramm eines Elektrofahrzeugs 10 mit einer Aufladekontaktstelle 12 zum drahtlosen Empfangen von Leistung von einer Aufladequelle zum Aufladen des Fahrzeugs gezeigt. Die Aufladekontaktstelle 12 umfasst eine Magnetanordnung (z. B. eine Induktionsspulenanordnung) zum drahtlosen Empfangen von Leistung von der Aufladequelle. Die Aufladekontaktstelle 12 umfasst ferner eine Elektronikanordnung zum Umsetzen der durch die Magnetanordnung drahtlos empfangenen Leistung in elektrische Leistung. Die aus der Elektronikanordnung ausgegebene elektrische Leistung wird zu einer Batterie 14 des Fahrzeugs zum Aufladen der Batterie geliefert.
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Während des Aufladevorgangs wird das Fahrzeug 10 in einer Position geparkt, in der die Aufladekontaktstelle 12 einer entfernt angeordneten drahtlosen Aufladeeinheit 16 der Aufladequelle zugewandt ist. Die drahtlose Aufladeeinheit 16 erzeugt Leistung aus elektrischem Strom, der über eine Übertragungsleitung 18 von der Aufladequelle empfangen wird. Die drahtlose Aufladeeinheit 16 weist eine Induktionsspulenanordnung zum drahtlosen Übertragen der Leistung auf. Die Induktionsspulenanordnung der drahtlosen Aufladeeinheit 16 überträgt drahtlos die Leistung zur Magnetanordnung der Aufladekontaktstelle 12 während des Aufladevorgangs. Die Magnetanordnung der Aufladekontaktstelle 12 wirkt mit der Induktionsspulenanordnung der drahtlosen Aufladeeinheit 16 über einen Bereich des elektromagnetischen Feldes zusammen, das durch die Induktionsspulenanordnung der drahtlosen Aufladeeinheit erzeugt wird. In dieser Hinsicht sind die Aufladekontaktstelle 12 und die drahtlose Aufladeeinheit 16 so angeordnet, dass die Magnetanordnung der Aufladekontaktstelle der Induktionsspulenanordnung der drahtlosen Aufladeeinheit zugewandt ist, wenn die Aufladekontaktstelle der drahtlosen Aufladeeinheit zugewandt ist. In der in 1 gezeigten Situation ist die Magnetanordnung der Aufladekontaktstelle 12 beispielsweise so orientiert, dass sie von der Karosserie des Fahrzeugs 10 nach unten gewandt ist, so dass sie der drahtlosen Aufladeeinheit 16 zugewandt ist, die an oder unter dem Boden unterhalb der Fahrzeugkarosserie angeordnet ist.
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Mit Bezug auf 2 mit fortgesetztem Bezug auf 1 ist ein Blockdiagramm der Aufladekontaktstelle 12 gezeigt. Die Aufladekontaktstelle 12 umfasst eine Kühlmittelanordnung 20, eine Magnetanordnung 22 und eine Elektronikanordnung 24. Die Kühlmittelanordnung 20 umfasst eine obere Wand 26 und eine untere Wand 28 und eine Kammer, einen Rohrverteiler, einen Kanal 30 (z. B. ”Kühlmittelkanal 30”), der zwischen der oberen und der unteren Wand ausgebildet ist.
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Der Kühlmittelkanal 30 dient zum Schaffen eines Weges, damit das Kühlmittel durch die Aufladekontaktstelle 12 strömt. Die Kühlmittelanordnung 20 umfasst ferner einen Kühlmitteleinlass 32 und einen Kühlmittelauslass 34. Kühlmittel tritt in den Kühlmittelkanal 30 durch den Kühlmitteleinlass 32 ein und tritt aus dem Kühlmittelkanal 30 durch den Kühlmittelauslas 34 aus. Das Kühlmittel zirkuliert beispielsweise durch den Kühlmittelkanal 30 in der durch Pfeile 36a und 36b angegebenen Richtung.
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Die Elektronikanordnung 24 ist benachbart zur oberen Wand 26 der Kühlmittelanordnung 20 angeordnet und die Magnetanordnung 22 ist benachbart zur unteren Wand 28 der Kühlmittelanordnung angeordnet. Kühlmittel wird durch den Kühlmittelkanal 30 über eine Pumpe oder dergleichen (nicht dargestellt) zur Verwendung beim Kühlen der Magnetanordnung 22 und der Elektronikanordnung 24 zirkuliert. Das heißt, nicht erhitztes Kühlmittel strömt in den Kühlmittelkanal 30 durch den Kühlmitteleinlass 32, Wärme von der Magnetanordnung 22 und der Elektronikanordnung 24 wird thermisch durch die untere bzw. die obere Wand 28 und 26 in das Kühlmittel, das durch den Kühlmittelkanal 30 strömt, geleitet und erhitzt das Kühlmittel, und das erhitzte Kühlmittel strömt aus dem Kühlmittelkanal 30 durch den Kühlmittelauslass 34 aus. Das Kühlmittel kann irgendein Fluid oder irgendeine Flüssigkeit umfassen, die zur Verwendung beim Erleichtern einer solchen Kühlung bekannt ist, wie z. B. Wasser, ein Ethylenglycol-Wasser-Gemisch usw.
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Die obere Wand 26 der Kühlmittelanordnung 20 leitet Wärme von der Elektronikanordnung 24 in das Kühlmittel, das durch den Kühlmittelkanal 30 strömt. Ebenso leitet die untere Wand 28 der Kühlmittelanordnung 20 Wärme von der Magnetanordnung 22 in das Kühlmittel, das durch den Kühlmittelkanal 30 strömt. Die obere und die untere Wand 26 und 28 absorbieren Wärme von der Elektronikanordnung 24 bzw. der Magnetanordnung 22 zur Leitung in das Kühlmittel, das durch den Kühlmittelkanal 30 strömt, da die obere und die untere Wand beispielsweise aus wärmeleitfähigem Kunststoff bestehen. Das strömende Kühlmittel trägt die Wärmeenergie aus der Aufladekontaktstelle zur Ableitung in die Umgebung durch Wärmetauscher/Kühler (nicht dargestellt).
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Die Aufladekontaktstelle 12 umfasst ferner ein Gehäuse 38 und eine Abdeckung 40. Das Gehäuse 38 trifft auf gegenüberliegende Seiten der unteren Wand 28 der Kühlmittelanordnung 20 und ist am Ort der unteren Wand offenendig. Die untere Wand 28 wirkt folglich als Seite des Gehäuses 38. Die Magnetanordnung 22 ist benachbart zur unteren Wand 28 innerhalb des Gehäuses 38 angeordnet. Das Gehäuse 38 besteht aus Kunststoff oder dergleichen (d. h. nicht metallisch), um die drahtlose Leistungsübertragung von der drahtlosen Aufladeeinheit zur Magnetanordnung 22 nicht zu behindern. Ebenso trifft die Abdeckung 40 auf gegenüberliegende Seiten der oberen Wand 26 der Kühlmittelanordnung 20 und ist am Ort der oberen Wand offenendig. Die obere Wand 26 wirkt folglich als Seite der Abdeckung 40. Die Elektronikanordnung 24 ist benachbart zur oberen Wand 26 innerhalb der Abdeckung 40 angeordnet. Die Abdeckung 40 kann aus Kunststoff oder Metall bestehen.
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Wie vorstehend angegeben, ist die Magnetanordnung 22 einer externen drahtlosen Aufladeeinheit zugewandt, um drahtlos Leistung von einer Induktionsspulenanordnung der drahtlosen Aufladeeinheit zu empfangen. Die drahtlose Aufladeeinheit kann auf, über oder unter der Bodenebene angeordnet sein. Die Aufladekontaktstelle 12 ist, wenn sie an einer Fahrzeugkarosserie befestigt ist, so orientiert, dass die Magnetanordnung 22 von der Fahrzeugkarosserie nach unten gewandt ist, so dass sie der drahtlosen Aufladeeinheit zugewandt ist. An sich ist die Magnetanordnung 22 an der ”Unterseite” der Aufladekontaktstelle 12 angeordnet und die Elektronikanordnung 24 ist an der ”Oberseite” der Aufladekontaktstelle 12 angeordnet und die Kühlmittelanordnung 20 ist zwischenliegend zwischen der Magnetanordnung 22 und der Elektronikanordnung 24 angeordnet. In dieser Weise ist die obere Wand 26 der Kühlmittelanordnung 20 die ”obere” Wand der Kühlmittelanordnung und die untere Wand 28 der Kühlmittelanordnung 20 ist die ”untere” Wand der Kühlmittelanordnung. Ebenso ist die Unterseite des Gehäuses 38 der unterste Abschnitt der Aufladekontaktstelle 12, wohingegen die Oberseite der Abdeckung 40 der oberste Abschnitt der Aufladekontaktstelle 12 ist. Das Blockdiagramm von 2 ist gemäß dieser Anordnung von ”oben” und ”unten” dargestellt.
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Die Magnetanordnung 22 erzeugt Wärme infolge des drahtlosen Empfangs von Leistung von der drahtlosen Aufladeeinheit. Die Elektronikanordnung 24 setzt Wechselstromleistung, die durch die Magnetanordnung 22 empfangen wird, in elektrische Gleichstromleistung um. Die Elektronikanordnung 24 erzeugt Wärme infolge ihres Betriebs beim Umsetzen der Wechselstromleistung, die durch die Magnetanordnung 22 empfangen wird, in elektrische Gleichstromleistung. Die durch die Magnetanordnung 22 und die Elektronikanordnung 24 erzeugte Wärme soll abgeleitet werden, damit die Aufladekontaktstelle 12 korrekt funktioniert.
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Die Kühlmittelanordnung 20 ist ein Flüssigkeitskühlsystem für die Aufladekontaktstelle 12, das eine effiziente gleichzeitige Kühlung der Magnetanordnung 22 und der Elektronikanordnung 24 schafft. In dieser Hinsicht ist die Kühlmittelanordnung 20 aus einem wärmeleitfähigen Kunststoffkörper (d. h. wärmeleitfähigen oberen und unteren Wänden 26 und 28 aus Kunststoff) ausgebildet, wobei ein Kühlmittelkanal 30 durch den wärmeleitfähigen Kunststoffkörper verläuft. Der wärmeleitfähige Kunststoffkörper ist nicht magnetisch und induziert daher keine Wirbelstromverluste. Die Verwendung von wärmeleitfähigem Kunststoffmaterial für die obere und die untere Wand kann die Verwendung einer (von) zweckgebundenen Abschirmung(en) erfordern, um die EMX-Interferenz zwischen dem durch die Magnetanordnung 22 erzeugten Magnetfeld und der Elektronikanordnung 24 zu verringern oder zu begrenzen.
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Wie beschrieben, ist der Kühlmittelkanal 30 zwischen der oberen und der unteren Wand 26 und 28 der Kühlmittelanordnung 20 ausgebildet, wobei flüssiges Kühlmittel durch den Kühlmittelkanal strömt. Dichtungen sind nach Bedarf vorgesehen, um die Magnetanordnung 22 und die Elektronikanordnung 24 vom Kühlmittel isoliert zu halten. Die obere und die untere Wand 26 und 28 der Kühlmittelanordnung 20 bestehen aus wärmeleitfähigem Kunststoff, um zu ermöglichen, dass Wärmeenergie von der Elektronikanordnung 24 bzw. der Magnetanordnung 22 in das Kühlmittel im Kühlmittelkanal 30 übertragen wird. Um den Wärmekontakt zwischen der Elektronikanordnung 24 und der oberen Wand 26 der Kühlmittelanordnung 20 und zwischen der Magnetanordnung 22 und der unteren Wand 28 der Kühlmittelanordnung zu verbessern, kann von thermischen Grenzflächenmaterialien Gebrauch gemacht werden, um kleine Lufthohlräume und Lücken, die einem Feststoff-Feststoff-Kontakt innewohnen, zu füllen.
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Mit Bezug auf 3A, 3B, 3C und 3D und mit fortgesetztem Bezug auf 2 wird die Aufladekontaktstelle 12 genauer beschrieben. 3A stellt eine isometrische Ansicht der Aufladekontaktstelle 12 von der Unterseite des Gehäuses 38 dar. Wie beschrieben, ist die Magnetanordnung 22 zwischen der Unterseite 28 der Kühlmittelanordnung 20 und dem Gehäuse 38 angeordnet. 3B stellt eine isometrische Ansicht der Aufladekontaktstelle 12 von der Oberseite der Abdeckung 40 dar. Wie beschrieben, ist die Elektronikanordnung 24 zwischen der Oberseite 26 der Kühlmittelanordnung 20 und der Abdeckung 40 angeordnet. 3C stellt eine Seitenansicht der Aufladekontaktstelle 12 dar; und 3D stellt eine Seitenschnittansicht der Aufladekontaktstelle dar.
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Wie in 3A gezeigt, umfasst die Unterseite des Gehäuses 38 thermische Rippen zum Ermöglichen einer Luftströmung zwischen der Magnetanordnung 22 und der Umgebung außerhalb der Aufladekontaktstelle 12 durch das Gehäuse. In dieser Weise kann einiges der durch die Magnetanordnung 22 erzeugten Wärme von der Magnetanordnung durch das Gehäuse 38 abstrahlen und weggeleitet werden.
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Wie in 3A, 3B, 3C und 3D gezeigt, umfasst die Elektronikanordnung 24 einen elektrischen Ausgangsanschluss 42 und einen Steueranschluss 44. Der elektrische Ausgangsanschluss 42 und der Steueranschluss 44 erstrecken sich von der Elektronikanordnung 24 nach außen durch die Abdeckung 40. Der elektrische Ausgangsanschluss 42 gibt die elektrische Leistung (z. B. elektrische Gleichstromleistung), die durch die Elektronikanordnung 24 erzeugt wird, aus. Die Elektronikanordnung 24 erzeugt diese elektrische Leistung aus der Leistung, die durch die Magnetanordnung 22 drahtlos empfangen wird. Der Steueranschluss 44 übermittelt Eingangs- und Ausgangs-Steuer/Daten-Signale und dergleichen zu und von der Elektronikanordnung 24 im Hinblick auf den Betrieb der Elektronikanordnung.
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Der Kühlmitteleinlass 32 und der Kühlmittelauslass 34 des Kühlmittelkanals 30 der Kühlmittelanordnung 20 sind in 3A, 3B, 3C und 3D gezeigt. Wie angegeben, tritt nicht erhitztes Kühlmittel in den Kühlmittelkanal 30 durch den Kühlmitteleinlass 32 ein, zirkuliert durch den Kühlmittelkanal 30 und wird durch Wärme erhitzt, die durch die Magnetanordnung 22 und die Elektronikanordnung 24 erzeugt wird, und das erhitzte Kühlmittel tritt aus dem Kühlmittelkanal 30 durch den Kühlmittelauslass 34 aus.
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Mit Bezug auf 4A und 4B mit fortgesetztem Bezug auf 2 und 3D wird die Elektronikanordnung 24 der Aufladekontaktstelle 12 genauer beschrieben. 4A stellt die Aufladekontaktstelle 12 dar, wobei die Abdeckung 40 davon entfernt ist und wobei die Elektronikanordnung 24 an der oberen Wand 26 der Kühlmittelanordnung 20 angeordnet ist. 4B stellt eine Ansicht der Elektronikanordnung 24 von der oberen Wand 26 der Kühlmittelanordnung 20 entfernt in auseinandergezogener Anordnung dar.
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Wie in 4A und 4B gezeigt, umfasst die Elektronikanordnung 24 eine gedruckte Leiterplatte (PCB) 46 mit elektrischen Komponenten 48 und eine Steuerplatine 50 mit einer Steuerschaltungsanordnung 52, die daran angeordnet ist. Die elektrischen Komponenten 48 (z. B. Dioden, MOSFET-Schalter, Induktoren usw.) funktionieren zum Umsetzen der durch die Magnetanordnung 22 drahtlos empfangenen Wechselstromleistung in elektrische Gleichstromleistung. Diese elektrische Leistung kann durch den elektrischen Ausgangsanschluss 42 zu einer Batterie zum Aufladen der Batterie befördert werden. Die Steuerschaltungsanordnung 52 ist dazu konfiguriert, den Betrieb von elektronischen Komponenten 48 gemäß Steuersignalen zu steuern, die zur Steuerschaltungsanordnung durch den Steueranschluss 44 geliefert werden.
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Die Elektronikanordnung 24 umfasst ferner eine thermische Grenzflächenmaterialschicht 54. Die thermische Grenzflächenmaterialschicht 54 ist zwischen (i) der PCB 46 und der Steuerplatine 50 und (ii) der oberen Wand 26 der Kühlmittelanordnung 20 angeordnet. Die thermische Grenzflächenmaterialschicht 54 funktioniert zum Absorbieren von Wärme von elektrischen Komponenten 48 und Verteilen der Wärme über die Fläche der thermischen Grenzflächenmaterialschicht zur Verteilung zur oberen Wand 26 der Kühlmittelanordnung 20. Die Wärme wird durch die obere Wand 26 in das Kühlmittel geleitet, das durch den Kühlmittelkanal 30 strömt. Ein Zweck der thermischen Grenzflächenmaterialschicht 54 besteht darin, den thermischen Kontaktwiderstand zwischen (i) der PCB 46 und der Steuerplatine 50 und (ii) der oberen Wand 26 der Kühlmittelanordnung 20 zu verringern. Falls die obere Wand 26 der Kühlmittelanordnung 20 aus einem metallischen Material wie z. B. Aluminium für Abschirmungszwecke besteht, schafft die thermische Grenzflächenmaterialschicht 54 auch eine elektrische Isolationsbarriere zwischen der PCB 46 und der oberen Wand 26 und zwischen der Steuerplatine 50 und der oberen Wand 26.
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4A und 4B stellen eine Konfiguration dar, in der die Elektronikanordnung 24 an der oberen Wand 26 der Kühlmittelanordnung 20 montiert ist. In dieser Konfiguration sind die PCB 46 und die Steuerplatine 50 an der thermischen Grenzflächenschicht 54 angeordnet, die an der oberen Wand 26 der Kühlmittelanordnung 20 angeordnet ist. Die Abdeckung 40 kann dann vorgesehen sein, um einfach die Elektronikanordnung 24 ”abzudecken”. An sich funktioniert in dieser Konfiguration die Kühlmittelanordnung 20 als Basisblock zum Aufbauen der Elektronikanordnung 24 daran beim Konstruieren der Aufladekontaktstelle 12.
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Mit Bezug auf 5 mit fortgesetztem Bezug auf 2 und 3D ist eine Ansicht der Kühlmittelanordnung 20 in auseinandergezogener Anordnung gezeigt. Die obere Wand 26 und die untere Wand 28 der Kühlmittelanordnung 20 sind in der Ansicht in auseinandergezogener Anordnung von 5 auseinander gezeigt. Der Kühlmittelkanal 30 verläuft zwischen der oberen und der unteren Wand 26 und 28. Der Kühlmittelkanal 30 umfasst Strömungsablenker und Leitplatten 56 zum Lenken der Strömung von Kühlmittel. Die Strömungsablenker und Leitplatten 56 des Kühlmittelkanals 30 sind an der Innenseite der unteren Wand 28 der Kühlmittelanordnung 20 ausgebildet. Der Kühlmitteleinlass 32 und der Kühlmittelauslass 34 sind auf einer Seite der unteren Wand 28 der Kühlmittelanordnung 20 ausgebildet. Die Strömungsablenker und Leitplatten 56 sowie andere Strömungsumlenker und Leitplatten könnten an der Innenseite der oberen Wand 26 der Kühlmittelanordnung 20 ausgebildet sein. Ebenso könnten der Kühlmitteleinlass 32 und/oder der Kühlmittelauslass 34 auf einer Seite der oberen Wand 26 der Kühlmittelanordnung 20 ausgebildet sein.
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Wie beschrieben, bestehen die obere und die untere Wand 26 und 28 der Kühlmittelanordnung 20 aus wärmeleitfähigen Kunststoffen oder Metallen. Die Aufladekontaktstelle 12 umfasst ferner eine Abschirmung 57 gegen elektromagnetische Interferenz (EMI). Die EMI-Abschirmung 57 ist eine Metallschicht, die zum Verhindern, dass sich elektromagnetische (EM) Felder von der Magnetanordnung 22 in die Elektronikanordnung 24 erstrecken, funktioniert. In dieser Weise verhindert die EMI-Abschirmung 57 eine EMI der Elektronikanordnung 24 durch die Magnetanordnung 22. In einer Konfiguration ist die EMI-Abschirmung 57 auf der Außenseite der oberen Wand 26 der Kühlmittelanordnung 20 angeordnet, wie in 5 angegeben. In dieser Konfiguration umfasst, wenn die Elektronikanordnung 24 an der oberen Wand 26 angeordnet ist, die Elektronikanordnung ferner eine elektrische Isolatorschicht (nicht dargestellt). Mit Bezug auf 4A und 4B ist in dieser Konfiguration die Elektronikanordnung 24 auf die obere Wand 28 in dieser Reihenfolge gestapelt: die PCB 46 und die Steuerplatine 50 sind auf der thermischen Grenzflächenschicht 54 angeordnet; die thermische Grenzflächenschicht ist auf der elektrischen Isolatorschicht angeordnet; die elektrische Isolatorschicht ist auf der EMI-Abschirmung 57 angeordnet; und die EMI-Abschirmung ist auf der Außenseite der oberen Wand 26 der Kühlmittelanordnung 20 angeordnet.
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In einer anderen Konfiguration ist die EMI-Abschirmung 57 alternativ oder zusätzlich auf der Außenseite der unteren Wand 28 der Kühlmittelanordnung 20 angeordnet. Die EMI-Abschirmung 58 ist in dieser Konfiguration vorgesehen, um auch eine EMI der Elektronikanordnung 24 durch die Magnetanordnung 22 zu verhindern.
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Mit Bezug auf 6A und 6B mit fortgesetztem Bezug auf 2 und 3D wird die Magnetanordnung 22 genauer beschrieben. 6A stellt die untere Wand 28 der Kühlmittelanordnung 20 und die Magnetanordnung 22 dar, die an einer Innenseite des Gehäuses 38 angeordnet ist. 6B stellt eine Ansicht der Magnetanordnung 22 und des Gehäuses 38 in auseinandergezogener Anordnung dar.
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Die Magnetanordnung 22 umfasst eine oder mehrere Ferritkacheln 58 und eine Induktionsspulenanordnung 60. Die Induktionsspulenanordnung 60 umfasst eine in Schleifen gewickelte Spulenwicklung. Die Ferritkacheln 58 sind über der Spulenwicklung der Induktionsspulenanordnung 60 angeordnet.
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In der in 6A und 6B gezeigten Konfiguration ist die Magnetanordnung 22 an der Innenseite des Gehäuses 38 abgestützt. Die Innenseite des Gehäuses 38 umfasst mehrere Bahnen 62 zum Aufnehmen der Spulenwicklung der Induktionsspulenanordnung 60 darin. Die Bahnen 62 erstrecken sich in stufenartiger Weise von der Innenseite des Gehäuses 38 weg. Folglich erstrecken sich Spulenwindungen der Spulenwicklung der Induktionsspulenanordnung 60, die innerhalb der Bahnen 62 angeordnet sind, auch in einer stufenartigen Weise von der Innenseite des Gehäuses 38 weg. Wenn das Gehäuse 38 mit der unteren Wand 28 der Kühlmittelanordnung 20 verbunden ist, existiert folglich eine stufenartig veränderte Menge an leeren Raum zwischen der Spulenwicklung der Induktionsspulenanordnung 60 und der Außenseite der unteren Wand 28.
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In der in 6A und 6B gezeigten Konfiguration umfasst folglich die Magnetanordnung 22 ferner ein Vergussmaterial (nicht dargestellt). Das Vergussmaterial füllt den leeren Raum zwischen der Spulenwicklung der Induktionsspulenanordnung 60 und der Außenseite der unteren Wand 28 der Kühlmittelanordnung 20. Das Vergussmaterial schafft eine Wärmeübertragung von der Induktionsspulenanordnung 60 zur unteren Wand 28 der Kühlmittelanordnung 20. Das Vergussmaterial schafft auch eine elektrische Isolation und eine mechanische Abstützung für die Induktionsspulenanordnung 60 gegenüber der unteren Wand 28 der Kühlmittelanordnung 20. Das Vergussmaterial kann irgendein Material sein, das auf dem Fachgebiet bekannt ist, das für beliebige solche Zwecke geeignet ist (beispielsweise ein gefülltes Epoxid oder gefülltes Silikon). Das Vergussmaterial kann auch über den Ferritkacheln 58 vorgesehen sein, um irgendeinen leeren Raum zwischen den Kacheln und der Außenseite der unteren Wand 28 zu füllen. Zusammengefasst wirkt das Vergussmaterial als: (a) Wärmeleiter für Wärme zwischen den Komponenten der Magnetanordnung 22 und der unteren Wand 28 der Kühlmittelanordnung 20; (b) Klebstoff, um die Komponenten der Magnetanordnung 22 an der Stelle zu halten; (c) elektrischer Isolator zwischen benachbarten Spulenwindungen der Spulenwicklung der Induktionsspulenanordnung 60, zwischen der Spulenwicklung der Induktionsspulenanordnung 60 und den Ferritkacheln 58 und zwischen den Ferritkacheln 58 und der unteren Wand 28 der Kühlmittelanordnung 20 (insbesondere zwischen den Ferritkacheln 58 und der EMI-Abschirmung, die zwischen die Ferritkacheln und die untere Wand 28 eingefügt ist); und (d) Vibrationsdämpfungsmaterial.
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In einer alternativen Konfiguration ist die Magnetanordnung 22 an der Außenseite der unteren Wand 28 der Kühlmittelanordnung 20 abgestützt. In dieser Konfiguration umfasst die Außenseite der unteren Wand 28 Bahnen zum Aufnehmen der Spulenwicklung der Induktionsspulenanordnung 60. Die Ferritkacheln 58 sind innerhalb der unteren Wand 28 vertieft und die Spulenwicklung der Induktionsspulenanordnung 60 ist in den Bahnen auf der Außenseite der unteren Wand 28 gewickelt. In dieser Konfiguration kann das Gehäuse 38 dann vorgesehen sein, um einfach die Magnetanordnung 22 ”abzudecken”. An sich funktioniert in dieser Konfiguration die Kühlmittelanordnung 20 als Basisblock zum Aufbauen der Magnetanordnung 22 daran.
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Das Vergussmaterial kann auch an der Elektronikanordnung 24 zum Vorsehen einer besseren elektrischen Isolation, Verhindern von Feuchtigkeitseintritt und Verringern von Kriechweg- und Sicherheitsabstandsanforderungen verwendet werden.
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Wie hier beschrieben, bestehen in einer Variation die obere und die untere Wand 26 und 28 der Kühlmittelanordnung 20 aus wärmeleitfähigem Kunststoff. In anderen Variationen bestehen eine oder beide der oberen und der unteren Wand 26 und 28 aus Metallmaterial(ien). Die Wahl des Materials hängt von den gesamten Entwurfszielen und Entwurfseinschränkungen ab. Im Fall der oberen und unteren Wand 26 und 28 aus wärmeleitfähigem Kunststoff wird eine separate metallische Abschirmung mit elektromagnetischer Kompatibilität (EMC) wie z. B. EMI-Abschirmung 57 verwendet. Im Fall einer metallischen oberen und/oder unteren Wand 26 und 28 kann eine separate EMC-Abschirmung nicht erforderlich sein, sondern eine elektrische Isolation zwischen der elektrischen Anordnung 24 und der oberen Wand 26 und der Magnetanordnung 22 und der unteren Wand 28 ist erforderlich. Das thermische Grenzflächenmaterial und das Vergussmaterial können dem Zweck der elektrischen Isolation dienen.
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Obwohl beispielhafte Ausführungsformen vorstehend beschrieben sind, ist nicht beabsichtigt, dass diese Ausführungsformen alle möglichen Formen der vorliegenden Erfindung beschreiben. Vielmehr sind die in der Patentbeschreibung verwendeten Worte Worte zur Beschreibung als zur Begrenzung und selbstverständlich können verschiedene Änderungen durchgeführt werden, ohne vom Gedanken und Schutzbereich der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Außerdem können die Merkmale von verschiedenen Implementierungsausführungsformen kombiniert werden, um weitere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zu bilden.
