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Die Erfindung betrifft eine Ladevorrichtung zum induktiven Laden eines zum Speichern von elektrischer Energie ausgebildeten Energiespeichers eines Kraftfahrzeugs gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
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Eine solche Ladevorrichtung ist beispielsweise bereits aus der
DE 10 2014 204 517 A1 bekannt. Die Ladevorrichtung zum induktiven Laden eines zum Speichern von elektrischer Energie ausgebildeten Energiespeichers eines Kraftfahrzeugs umfasst eine Übertragungseinrichtung, welche wenigstens eine Sekundärspule aufweist. Auf die Sekundärspule kann zum induktiven Laden des Energiespeichers elektrische Energie zum Laden des Energiespeichers über ein Magnetfeld übertragen werden. Mit anderen Worten kann die Sekundärspule über das Magnetfeld die elektrische Energie zum Laden des Energiespeichers empfangen. Außerdem ist eine Abschirmvorrichtung mit wenigstens zwei Abschirmelementen vorgesehen, mittels welchen zumindest eine Komponente des Kraftfahrzeugs gegen das Magnetfeld abschirmbar ist,
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, das Abschirmen zumindest einen Komponente zu verbessern.
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Diese Aufgabe wird durch eine Ladevorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind durch die abhängigen Patentansprüche, die folgende Beschreibung sowie die Figuren offenbart.
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Um eine Ladevorrichtung der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art derart weiterzuentwickeln, dass eine besonders vorteilhafte Abschirmung der zumindest einen Komponente gegen das Magnetfeld realisiert werden kann, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Abschirmelemente mittels wenigstens eines Verbindungsstoffes stoffschlüssig und elektrisch leitend miteinander verbunden sind. Mit anderen Worten bewirkt der Verbindungsstoff, welches beispielsweise zusätzlich zu den Abschirmelementen vorgesehen ist, sowohl eine stoffschlüssige als auch eine elektrische beziehungsweise elektrisch leitfähige Verbindung der Abschirmelemente miteinander. Hierzu ist der Verbindungsstoff an sich vorzugsweise elektrisch leitend beziehungsweise elektrisch leitfähig.
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Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass sich durch Luftspalte an Verbindungskanten der beiden Abschirmelemente der Abschirmvorrichtung hochohmige Widerstände für die Wirbelströme bilden könne, falls die Abschirmelemente nicht vorteilhaft miteinander verbunden und beispielsweise voneinander beabstandet sind. Dies kann zu einer Erwärmung, insbesondere zu einer punktuellen Erwärmung, der Abschirmvorrichtung führen, wobei mit steigender Temperatur das Abschirmen der Komponente verschlechtert wird bis hin zu einem Ausfall des Abschirmens. Deshalb ist es vorteilhaft, die Abschirmelemente sowohl mechanisch als auch elektrisch, vorzugsweise lückenlos, und vorzugsweise möglichst niederohmig, also mit möglichst geringem elektrischem Widerstand, miteinander zu verbinden. Dadurch breiten sich die durch das Magnetfeld induzierten Wirbelströme auf der Oberfläche der Abschirmvorrichtung ungehindert wie in einem Vollkörper aus, und eine unerwünschte punktuelle Erwärmung der Abschirmvorrichtung wird verhindert. Hierdurch kann ein übermäßiger Materialbedarf zur Herstellung Abschirmvorrichtung vermieden werden. Außerdem kann die Verwendung eines von einem Kühlfluid durchströmbaren Kühlmittelkreis zum Kühlen der Abschirmvorrichtung vermieden werden, wodurch die Kosten und der Bauraumbedarf gering gehalten werden können.
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Die Abschirmelemente können zum Beispiel aus Blech und/oder aus Aluminium und/oder Kupfer gebildet und somit beispielsweise als Aluminiumbleche oder Kupferbleche ausgebildet sein. Alternativ kann das jeweilige Abschirmelement aus einem anderen Material, insbesondere mit einer ähnlich guten elektrischen Leitfähigkeit wie Aluminium oder Kupfer, gebildet sein. Für die stoffschlüssige Verbindung der Abschirmelemente miteinander kann sich beispielsweise ein Verschweißen, Verlöten und/oder Verkleben der wenigstens zwei Abschirmelemente eignen. Vorteilhafterweise ist es vorgesehen, dass als der Verbindungsstoff ein Material verwendet wird, das eine ähnlich gute elektrische Leitfähigkeit wie Aluminium oder Kupfer aufweist.
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Eine Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die Abschirmelemente mittels des Verbindungsstoffes miteinander verklebt sind. Das bedeutet, dass die Abschirmelemente über den Verbindungsstoff mittels Adhäsion stoffschlüssig miteinander verbunden sind. Hierdurch können Abschirmelemente auf einfache Weise und besonders fest und insbesondere lücken- oder abstandslos miteinander verbunden werden. Weiterhin ergibt sich durch das Verkleben der Abschirmelemente der Vorteil, dass die Wandstärke der Abschirmelemente im Gegensatz zum Verschweißen oder Verlöten besonders dünn gehalten wählt werden kann. Dadurch kann das Gewicht der Ladevorrichtung besonders gering gehalten werden, sodass sich ein besonders energieeffizienter Betrieb des Kraftfahrzeugs, insbesondere während dessen Fahrt, realisieren lässt.
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Eine weitere Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass der Verbindungsstoff als ein elektrisch leitfähiges Polymer ausgebildet ist. Das Polymer kann dabei als ein Klebstoff für das stoffschlüssige, also das mechanische und vorzugsweise lückenlose und das elektrisch leitfähige Verbinden der wenigstens zwei Abschirmelemente dienen.
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Die Erfindung umfasst auch Kombinationen der Merkmale der beschriebenen Ausführungsformen. 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 der einzigen Figur alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
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Dabei zeigt die einzige Fig. eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Ladevorrichtung für ein Kraftfahrzeug.
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Die Fig. zeigt eine Ladevorrichtung 9 für ein Kraftfahrzeug. Die Ladevorrichtung 9 weist eine Sekundärspuleneinheit 1, ein erstes Abschirmelement 3 und ein zweites Abschirmelement 4 auf. Die Ladevorrichtung 9 ist vorzugsweise in einem Unterbodenbereich des Kraftfahrzeugs angeordnet und wird genutzt, um einen zum Speichern von elektrischer Energie beziehungsweise elektrischem Strom ausgebildeten Energiespeichers des Kraftfahrzeugs zu laden. Der Energiespeicher wird auch als elektrischer Energiespeicher bezeichnet und kann beispielsweise als eine Batterie, insbesondere als eine Hochvolt-Batterie ausgebildet sein. Das Kraftfahrzeug ist vorzugsweise als Kraftwagen, insbesondere als Personenkraftwagen, und dabei beispielsweise als ein Elektro- oder Hybridfahrzeug ausgebildet. Das Kraftfahrzeug weist somit wenigstens eine elektrische Maschine auf, mittels welcher das Kraftfahrzeug elektrisch angetrieben werden kann. Hierzu wird die elektrische Maschine in einem Motorbetrieb und somit als Elektromotor betrieben. Um die elektrische Maschine in dem Motorbetrieb zu betreiben, wird die elektrische Maschine mit in dem Energiespeicher gespeicherte elektrischer Energie versorgt.
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Das Kraftfahrzeug weist einen vorzugsweise als selbsttragende Karosserie ausgebildeten Aufbau auf, welcher einen Unterboden aufweist, in dessen Bereich die Ladevorrichtung 9 angeordnet ist. Dabei ist die Ladevorrichtung 9 beispielsweise in Fahrzeughochrichtung unterhalb des Unterbodens angeordnet. Die Sekundärspuleneinheit 1 der Ladevorrichtung 9 ist beispielsweise Bestandteil einer Übertragungseinrichtung 6 der Ladevorrichtung 9, wobei mittels der Übertragungseinrichtung 6 elektrische Energie zum Laden des Energiespeichers übertragen, insbesondere empfangen und/oder zu dem Energiespeicher geleitet, werden kann. Die Sekundärspuleneinheit 1 und somit die Übertragungseinrichtung 6 umfassen wenigstens eine elektrische Induktivität in Form einer in der Fig. besonders schematisch dargestellten Sekundärspule 14.
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Die Abschirmelemente 3 und 4 sind Bestandteile einer Abschirmvorrichtung 15, welche auch ein drittes Abschirmelement 5, das als Gehäuse für die Sekundärspule 14 ausgebildet ist und auch als Spulengehäuse oder Sekundärspulengehäuse bezeichnet wird. Die Sekundärspule 14 ist somit zumindest teilweise, insbesondere zumindest überwiegend oder vollständig, in dem Spulengehäuse aufgenommen, sodass das Spulengehäuse die Sekundärspule 14 zumindest teilweise umgibt. Dabei ist das dritte Abschirmelement 5 in der Fig. beispielsweise als ein quaderförmiger Hohlkörper, also als ein Hohlquader ausgebildet, wobei eine Seitenfläche des Hohlquaders vollständig geöffnet ist, also eine Öffnung aufweist. Beispielsweise ist der Hohlquader in Fahrzeughochrichtung nach unten offen, sodass der Hohlquader die Sekundärspule 14 in Fahrzeughochrichtung nach unten hin nicht überdeckt. Besonders bevorzugt ist das dritte Abschirmelement 5 aus einem Aluminiumblech gefertigt.
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Für das induktive Laden des Energiespeichers ist in der Fig. auch eine Primärspuleneinheit 2 vorgesehen. Die Primärspuleneinheit 2 weist wenigstens eine weitere elektrische Induktivität in Form einer in der Fig. besonders schematisch dargestellten Primärspule 16 auf. Mittels der Primärspule 16 wird ein zeitlich veränderliches Magnetfeld 7 erzeugt, mit welchem die Sekundärspule 14 der Übertragungseinrichtung 6 beaufschlagt wird, insbesondere sofern die Sekundärspule 14 in einem Nahbereich der Primärspule 16 beziehungsweise in dem Magnetfeld 7 angeordnet ist. Dadurch wird elektrische Energie zum Laden des Energiespeichers von der Primärspule 16 induktiv auf die Sekundärspule 14 übertragen, sodass zum induktiven Laden des Energiespeichers elektrische Energie zum Laden des Energiespeichers über ein Magnetfeld 7 auf die Sekundärspule 14 übertragbar ist. Von der Sekundärspule 14 wird die übertragene elektrische Energie den Energiespeicher übertragen und in diesem gespeichert.
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Mittels der Abschirmvorrichtung 15, insbesondere mittels der Abschirmelemente 3, 4 und 5, kann zumindest eine Komponente des Kraftfahrzeugs gegen das Magnetfeld 7 abgeschirmt werden. Bei dieser Komponente handelt es sich beispielsweise um den Unterboden und/oder um eine elektrische oder elektronische Komponente, welche beispielsweise nicht Bestandteil der Ladevorrichtung 9 ist. Zum Abschirmen sind die Abschirmelemente 3 und 4 als zumindest im Wesentlichen flächige Aluminiumbleche mit jeweils einer Aussparung ausgebildet. Die Abschirmelemente 3 und 4 sind vorzugsweise bündig nebeneinander mit der jeweiligen Aussparung zueinander an dem Unterboden beziehungsweise unterhalb des Unterbodens des Kraftfahrzeugs angeordnet. Die Abschirmelemente 3 und 4 sind dabei über eine jeweilige erste Verbindungskante 10 durch einen Verbindungsstoff in Form eines Klebstoffes 12 stoffschlüssig miteinander verbunden. Der Klebstoff 12 ist dabei als elektrisch leitfähiges Polymer ausgebildet, wodurch die Abschirmelemente 3 und 4 mittels des Klebstoffes 12 und somit durch die durch den Klebstoff 12 realisierte stoffschlüssige Verbindung auch elektrisch leitfähig miteinander verbunden sind.
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Die Abschirmelemente 3 und 4 sind beispielsweise in einer Ebene angeordnet, welche durch die Fahrzeugquerrichtung und die Fahrzeuglängsrichtung aufgespannt wird. Die Aussparungen der Abschirmelemente 3 und 4 bilden oder begrenzen jeweilige Teile einer Gesamtaussparung, welche vollständig durch die Aussparungen gebildet wird, insbesondere in zusammengebautem und somit miteinander verbundenem Zustand der Abschirmelemente 3 und 5. Dabei ist das Abschirmelement 5 in dieser Gesamtaussparung angeordnet, insbesondere derart, dass die zuvor genannte Öffnung in Fahrzeughochrichtung nach unten weist. Dabei ist beispielsweise das Abschirmelement 5, insbesondere ein in Fahrzeughochrichtung unteres Ende des Abschirmelements 5, bündig mit den Abschirmelementen 3 und 4 und somit beispielsweise in der zuvor genannten Ebene angeordnet. Mit anderen Worten schließt beispielsweise die jeweilige, einfach auch als Kante bezeichnete Verbindungskante 10 bündig mit der Öffnung des dritten Abschirmelements 5 ab. Das dritte Abschirmelement 5 ist beispielsweise über eine jeweilige zweite Verbindungskante 11 mittels des Klebstoffs 12 stoffschlüssig und elektrisch leitfähig mit den Abschirmelementen 3 und 4 verbunden.
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Da eine Ausbreitungsrichtung des Magnetfeldes 7 nicht ausreichend eingegrenzt werden kann, wird nicht nur die Sekundärspule 14 sondern auch die Abschirmvorrichtung 15 mit zumindest eines Teils des Magnetfeldes 7 beaufschlagt. Dadurch werden Wirbelströme 8 in den Abschirmelementen 3, 4 und 5 induziert, die wiederum Wirbelstrom-Magnetfelder 13 erzeugen. Diese Wirbelstrom-Magnetfelder 13 sind derart gerichtet, dass sie dem Magnetfeld 7 entgegenwirken. Dadurch wird die Komponente durch die Abschirmelemente 3, 4 und 5 gegen das Magnetfeld 7 abgeschirmt.
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Insbesondere an den Verbindungskanten 10 und 11 ist es für das Abschirmen vorteilhaft, wenn die Wirbelströme 8 ungehindert und bei einem möglichst geringen Widerstand fließen, um ein übermäßiges Erwärmen der Abschirmvorrichtung 15 zu vermeiden. Ein übermäßiges Erwärmen der Abschirmvorrichtung 15 kann zu unerwünschten Effekten wie einem Ausfall des Abschirmens führen und/oder die Lebensdauer der Abschirmvorrichtung 15 einschränken. Das Verkleben der Abschirmelemente 3, 4 und 5 mittels des Klebstoffs 12 ermöglicht eine entsprechend niederohmige und stoffschlüssige Verbindung, sodass übermäßige Temperaturen der Abschirmvorrichtung 15 und somit der Abschirmelemente 3, 4 und 5 vermieden werden können.
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Es ist erkennbar, dass zwischen den Abschirmelementen 3, 4 und 5 der elektrisch leitfähige Klebstoff 12 eingebracht ist. Der elektrisch leitfähige Klebstoff 12 schließt lückenlos und niederohmig Luftspalte zwischen den Abschirmelementen 3, 4 und 5, sodass sich die Wirbelströme 8 in oder auf der Abschirmvorrichtung 15 wie in einem Vollkörper ausbreiten können. Durch diese durch den Klebstoff 12 bewirkte, lückenlose und elektrisch leitende Verbindung kann eine vollflächige Schirmwirkung erreicht werden, obwohl die als Schirmmaßnahme wirkende Abschirmvorrichtung 15 unterschiedliche Fertigungen umfasst, also aus mehr als einem Abschirmelement aufgebaut ist. Durch die definierten Verbindungskanten 10 und 11 zwischen den Abschirmelementen 3, 4 und 5 kann das Magnetfeld 7 nicht durch die Abschirmvorrichtung 15 dringen, und es kann keine übermäßige Erwärmung oder Fehlfunktion in benachbarten Komponenten des Kraftfahrzeugs aufgrund des Magnetfelds 7 auftreten. Erhöhte punktuelle Erwärmungen, welche auch als Hotspots bezeichnet werden, werden aufgrund der niederohmigen Verbindung der einzelnen Abschirmelemente 3, 4 und 5 ebenfalls vermieden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Sekundärspuleneinheit
- 2
- Primärspuleneinheit
- 3
- Abschirmelement
- 4
- Abschirmelement
- 5
- Abschirmelement
- 6
- Übertragungseinrichtung
- 7
- Magnetfeld
- 8
- Wirbelstrom
- 9
- Ladevorrichtung
- 10
- Verbindungskante
- 11
- Verbindungskante
- 12
- Klebstoff
- 13
- Wirbelstrom-Magnetfeld
- 14
- Sekundärspule
- 15
- Abschirmvorrichtung
- 16
- Primärspule
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102014204517 A1 [0002]
