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Die Erfindung betrifft eine Energieaufnahmevorrichtung zum Laden eines, insbesondere elektrisch antreibbaren, Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Personenkraftwagens, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Ein Kraftfahrzeug, welches insbesondere als elektrisch antreibbare Personenkraftwagen, wie beispielsweise ein Elektro- oder Hybridfahrzeug, ausgebildet ist, weist einen Energiespeicher zum Speichern elektrischer Energie, durch welche ein Antrieb des Kraftfahrzeugs antreibbar ist, auf. Dieser Energiespeicher ist häufig eine Batterie, insbesondere eine Traktions- beziehungsweise Hochvolt-Batterie. Diese muss, damit der elektrische Antrieb des Fahrzeugs antreibbar und somit das Fahrzeug bewegbar ist, mit elektrischer Energie versorgt, insbesondere aufgeladen, werden.
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Damit das Laden des Energiespeichers durchführbar ist, kann dieser beispielsweise mittels einer Energieaufnahmevorrichtung mit elektrischer Energie versorgt werden. Eine, insbesondere aufgrund ihrer kontaktlosen Übertragung vorteilhafte, Möglichkeit des Ladens ist Induktionsladen. Beim Laden durch Induktion befindet sich beispielsweise eine erste Induktionsspule, die Primärspule, im Boden. Eine zweite Spule, die Sekundärspule, beziehungsweise eine Spulenvorrichtung der Energieaufnahmevorrichtung befindet sich im oder am Kraftfahrzeug. Von dieser wird, insbesondere durch die Primärspule in Form von elektromagnetischer Strahlung ausgesendete, Energie aufgenommen und an den Energiespeicher des Kraftfahrzeugs übermittelt. Es wird also eine Induktionsspule (Sekundärspule) mittels einer externen Induktionsspule (Primärspule) mit einem elektromagnetischen Feld beaufschlagt, wobei durch diese Beaufschlagung der fahrzeuginterne Energiespeicher mittels eines sich ändernden Magnetfelds der externen Induktionsspule aufgeladen werden kann.
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Vorteil des induktiven Ladens, insbesondere im Gegensatz zu fossilen Brennstoffen, ist, dass keine fossilen Kraftstoffe umgefüllt werden müssen, wodurch eine Emission beispielsweise von Kraftstoffdämpfen vermieden werden kann und entsprechend eine Explosionsgefahr durch entflammbare Kraftstoffdämpfe nicht gegeben ist. Ein Vorteil im Gegensatz zu einem Laden mittels elektrischer Leitung über eine Steckverbindung zum Kraftfahrzeug ist, dass beispielsweise die Verbindung mittels Kabel durch einen Fahrzeugbenutzer nicht selbst hergestellt werden braucht, wodurch beispielsweise eine Fehlbedienung und ein daraus resultierender möglicher Stromschlag verhindert werden können.
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Dafür treten beim Ladevorgang mittels Induktion Verluste an der Energieaufnahmevorrichtung, also der Sekundärseite, insbesondere der Spulenvorrichtung auf. Ferner wird durch die Spule auf der Primärseite ein elektromagnetisches Feld in das Kraftfahrzeug eingestrahlt. Dies kann beispielsweise zu einer, insbesondere ungewollten, Erwärmung von Bauteilen des Kraftfahrzeugs führen.
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So zeigt die
DE 10 2014 204 517 A1 eine Energieaufnahmevorrichtung für ein elektrisch betreibbares Kraftfahrzeug, mit einer Induktionsspule, welche zum Aufladen eines Energiespeichers des Kraftfahrzeugs ausgestattet ist. Die Energieaufnahmevorrichtung umfasst eine Schirmvorrichtung, mittels welcher die Induktionsspule zum Kraftfahrzeug hin abschirmbar ist.
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Ferner zeigt die
WO 2015/159466 A1 ein Fahrzeug mit einer Bodenplatte, einer Energieaufnahmevorrichtung mit einem sekundären Kern und einer um den sekundären Kern gewickelten Energieaufnahmespule, welche an einer Unterseite der Bodenplatte befestigt ist. Die Energieaufnahmespule ist dazu ausgebildet, kontaktlos elektrische Energie von einer Energieübertragungsvorrichtung zu empfangen, während sie der Energieübertragungsvorrichtung gegenüberliegt. Dabei ist eine Abschirmung vorgesehen, welche mindestens einen Abschnitt der Bodenplatte abdeckt, welcher um den sekundären Kern angeordnet ist.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Energieaufnahmevorrichtung zum Laden eines Kraftfahrzeugs mittels Induktion bereitzustellen, welche gleichzeitig wenigstens einen Bereich des Kraftfahrzeugs besonders effizient abschirmt.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Energieaufnahmevorrichtung des unabhängigen Patentanspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
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Die erfindungsgemäße Aufnahmevorrichtung zum Laden eines, insbesondere elektrisch antreibbaren und als Personenkraftwagen ausgebildeten, Kraftfahrzeugs weist eine Spulenvorrichtung auf, durch welche elektrische Energie mittels Induktion aufnehmbar ist. Ferner weist die erfindungsgemäße Energieaufnahmevorrichtung eine Abschirmvorrichtung auf, welche wenigstens zwei, also genau zwei oder mehr als zwei, Abschirmelemente umfasst und welche in einer Montageposition an dem Kraftfahrzeug die Spulenvorrichtung gegenüber wenigstens einem Bereich des Kraftfahrzeugs abschirmt. Dabei weist die Spulenvorrichtung beispielsweise insbesondere wenigstens eine Induktionsspule auf, welche auch Sekundärspule oder Fahrzeugspule genannt wird. Diese empfängt für das induktive Laden, insbesondere eines Energiespeichers, wie beispielsweise einer Traktionsbatterie beziehungsweise eines Hochvoltspeichers, des Kraftfahrzeugs von einer sogenannten Primärspule, welche beispielsweise in einem Boden beispielsweise eines Parkplatzes eingelassen sein kann, elektrische Energie in Form von elektromagnetischen Wellen. Damit die elektromagnetischen Wellen beziehungsweise das elektromagnetische Feld sich nicht, insbesondere ungewollt, in einem Bereich, beispielweise oberhalb der Sekundärspule während des Ladens durch eine im Boden eingelassen Primärspule über welcher das Kraftfahrzeug parkt, des Kraftfahrzeugs ausbreitet, ist die Abschirmvorrichtung vorgesehen, welche zumindest dazu ausgebildet ist die elektromagnetischen Wellen etwas abzuschwächen. Dabei wird die Abschirmvorrichtung wenigstens aus zwei Abschirmelementen gebildet, welche insbesondere beispielsweise jeweils als Schirmblech ausgebildet sein können.
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Um nun eine Abschirmung durch die Abschirmvorrichtung der erfindungsgemäßen Energieaufnahmevorrichtung besonders vorteilhaft durchzuführen, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass wenigstens eines der Abschirmelemente durch ein Kontaktelement mit einem weiteren der Abschirmelemente, welches bei beispielsweise genau zwei Abschirmelementen das zweite Abschirmelement beziehungsweise bei mehreren als zwei Abschirmelementen wenigstens ein weiteres Abschirmelement sein kann, elektrisch leitend verbunden ist. Mit anderen Worten wird durch das Kontaktelement zwischen einem ersten der Abschirmelemente und einem zweiten der Abschirmelemente ein, insbesondere besonders niederohmiger, Übergangswiderstand ausgebildet, sodass die beiden Abschirmelemente besonders leitfähig miteinander verbunden sind.
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Dabei liegt der Erfindung die Erkenntnis zugrunde, dass beim induktiven Laden über beispielsweise die Bodenspule und die Spulenvorrichtung des Kraftfahrzeugs elektrische Energie in selbiges geleitet wird. Damit das Magnetfeld beziehungsweise das elektromagnetische Feld der elektromagnetischen Wellen sich nicht oberhalb der Spulenvorrichtung ausbreitet, ist die Abschirmvorrichtung vorgesehen. Umfasst dabei die Abschirmvorrichtung mehrere, das heißt insbesondere zwei beziehungsweise mehr als zwei, Abschirmelemente, so können Wirbelströme, welche durch das Magnetfeld der Bodenspule für das induktive Laden erzeugt werden, beispielsweise an schlecht ausgebildeten elektrischen Übergängen zwischen zwei Abschirmelementen ohmsche Verluste erzeugen. Dabei kann der schlecht ausgebildete elektrische Übergang beispielsweise auftreten, wenn die Abschirmelemente als jeweils Schirmblech ausgebildet sind und nur leicht aneinander grenzen. Diese Verluste können beispielsweise hohe Temperaturen in beispielsweise zumindest einem der Abschirmelementen und/oder in Bauteilen des Kraftfahrzeugs, welche in einer Umgebung, insbesondere über, der Abschirmvorrichtung angeordnet sind, verursachen.
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Hohe Temperaturen können sich negativ auf einen Brandschutz auswirken. Dabei ist die Unterteilung der Abschirmvorrichtung in wenigstens zwei Abschirmelemente oft aus Integrationsgründen für das entsprechende Kraftfahrzeug gegeben, wobei vorzugsweise nach Möglichkeit die Anzahl der Abschirmelemente, insbesondere im Hinblick auf die sonst auftretenden Übergangswiderstände, besonders gering gehalten werden sollte. Dies kann bauraum- und/oder konstruktionsbedingt nicht immer realisierbar sein. Damit diese Restriktion besonders wenig ins Gewicht fällt beziehungsweise umgangen werden kann, ist bei der erfindungsgemäßen Energieaufnahmevorrichtung das erfindungsgemäße, wenigstens eine, Kontaktelement vorgesehen. Durch die Möglichkeit, dass sich in der erfindungsgemäßen Abschirmvorrichtung die induzierten Wirbelströme, insbesondere besonders widerstandsarm, ausbreiten können, können diese beispielsweise besonders vorteilhaft dem Erregerfeld, also dem durch die Primärspule beziehungsweise Bodenspule erzeugten und übermittelten elektromagnetischen Feld, entgegenwirken, sodass das Erregerfeld, beispielsweise in dem Bereich des Kraftfahrzeugs, eine Erwärmung umliegender Bauteile verhindert werden kann.
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In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist das Kontaktelement als Masseband ausgebildet. Durch das insbesondere als Masseband ausgebildete Kontaktelement können die Wirbelströme gezielt über die durch das Kontaktelement ausgebildete elektrische Verbindung fließen. Dadurch kann ein Übergangswiderstand zwischen den zwei Abschirmelementen besonders gering und einfach ausgebildet werden. Dadurch ist es möglich, die Abschirmvorrichtung besonders vorteilhaft zur Abschirmung einzusetzen. Ferner können dadurch die Kosten und/oder ein Gewicht des Kraftfahrzeugs besonders gering gehalten werden.
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In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist das Kontaktelement mit wenigstens einem der elektrisch leitend verbundenen Abschirmelemente verschraubt. Mit anderen Worten ist das Kontaktelement, welches insbesondere ein Masseband ist, an das jeweilige Abschirmelement wenigstens durch eine Schraubverbindung angebracht. Dadurch ist eine besonders stabile und somit langlebige und insbesondere niederohmige, elektrisch leitende Verbindung zwischen den einzelnen, wenigstens zwei Abschirmelementen und dem jeweiligen Kontaktelement ausbildbar.
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In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist wenigstens eines der Abschirmelemente zumindest teilweise aus Aluminium ausgebildet. Alternativ oder zusätzlich kann eines der Abschirmelemente zumindest teilweise aus Kupfer und/oder einem weiteren, insbesondere metallischen, Werkstoff ausgebildet sein. Bei Aluminium ergibt sich der Vorteil, dass die Energieaufnahmevorrichtung und somit das Kraftfahrzeug besonders leicht ausgebildet werden kann. Dies wirkt sich insbesondere vorteilhaft auf die Energieeffizienz und somit die Betriebskosten des Kraftfahrzeugs aus. Ist wenigstens eines der Abschirmelemente aus Kupfer ausgebildet, welches insbesondere eine besonders gute elektrische Leitfähigkeit hat, ist der Abschirmeffekt besonders vorteilhaft.
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In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Energieaufnahmevorrichtung ein weiteres Kontaktelement, welches in der Montageposition die Abschirmvorrichtung mit einem Batteriegehäuse einer Batterie des Kraftfahrzeugs und/oder einem Achsträger des Kraftfahrzeugs und/oder einem Karosserieteil des Kraftfahrzeugs verbindbar beziehungsweise verbunden ist. Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass die Abschirmvorrichtung einer Masse beziehungsweise dem Bezugspotential des Kraftfahrzeugs zugeordnet ist. Dadurch kann das Kraftfahrzeug beispielsweise insbesondere besonders vorteilhaft vor Blitzeinschlägen geschützt werden.
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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 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:
- 1 eine schematische Seitenansicht eines Kraftfahrzeugs mit einer Energieaufnahmevorrichtung; und
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1 zeigt ein Kraftfahrzeug 10, welches insbesondere als elektrisch antreibbarer Personenkraftwagen ausgebildet ist. Ferner zeigt die 1 eine Energieaufnahmevorrichtung 12 zum Laden eines elektrischen Energiespeichers 14 des Kraftfahrzeugs 10. Der Energiespeicher 14 ist beispielsweise als Traktionsbatterie beziehungsweise Hochvoltspeicher ausgebildet und die Energieaufnahmevorrichtung 12 ist in dem Kraftfahrzeug 10 angeordnet. Die Energieaufnahmevorrichtung 12 weist eine Spulenvorrichtung 16 auf, welche beispielsweise eine Sekundärspule 18 umfasst. Durch die Spulenvorrichtung 16 kann elektrische Energie mittels Induktion, insbesondere von einer Primärspule 20, welche sich beispielsweise in einem Boden 22 befindet, aufnehmbar sein. Um wenigstens einen Bereich 24 des Kraftfahrzeugs 10 gegenüber der Spulenvorrichtung 16 abzuschirmen, weist die Energieaufnahmevorrichtung 12 eine Abschirmvorrichtung 26 auf, welche wenigstens zwei Abschirmelemente 28 umfasst.
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Dabei ist die Abschirmvorrichtung 26 mit den wenigsten zwei Abschirmelementen 28 in der in 1 gezeigten Montageposition an beziehungsweise in dem Kraftfahrzeug 10 angeordnet, wodurch das durch die Primärspule 20 erzeugbare elektromagnetische Feld zumindest in dem Bereich 24 abschirmbar ist.
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Damit die Abschirmung durch die Abschirmvorrichtung 26 besonders effizient sein kann, ist wenigstens eines der Abschirmelemente 28 durch ein Kontaktelement 30 mit einem weiteren der Abschirmelemente 28 elektrisch leitend verbunden. Dabei ist das jeweilige Kontaktelement 30 vorteilhafterweise als Masseband ausgebildet. Das jeweilige Abschirmelement 28 ist vorteilhafterweise beispielsweise als Schirmblech ausgebildet. So werden die geteilten Schirmbleche definiert mit Massebändern verbunden, um die, durch das elektromagnetische Feld der Primärspule 20, in dem der Abschirmvorrichtung 26 erzeugten Wirbelströme gezielt über diese elektrisch leitenden Verbindungen fließen zu lassen. Dabei sind die Kontaktelemente 30 vorteilhafterweise mit dem jeweiligen Abschirmelement 28 verschraubt. Durch das Kontaktelement 30 kann insbesondere besonders vorteilhaft eine Trennstelle zwischen einem Abschirmelement 28 und einem weiteren der Abschirmelemente 28 und/oder einem Batteriegehäuse 32 des Energiespeichers 14 oder einem Achsträger 34 überbrückt werden. So ist die Abschirmvorrichtung 26 vorteilhafterweise mittels eines weiteren Kontaktelements 30, in der Montageposition der Energieaufnahmevorrichtung 12, mit dem Batteriegehäuse 32 des Kraftfahrzeugs 10 und/oder durch einen Achsträger 34 des Kraftfahrzeugs 10 und/oder einem nicht gezeigten Batterieteil verbunden.
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Um die Energieaufnahmevorrichtung 12 besonders vorteilhaft auszugestalten, um Gewicht im Kraftfahrzeug 10 zu sparen, ist wenigstens eines der Abschirmelemente 28 aus Aluminium ausgebildet.
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Durch die gezeigte Energieaufnahmevorrichtung 12 sind Übergangswiderstände zwischen den jeweils einzelnen Abschirmelementen 28 zueinander durch die Kontaktelemente 30 besonders gering, sodass die Wirbelströme sich mit besonders geringen Verlusten innerhalb der Abschirmvorrichtung 26 ausbreiten können, sodass die Wirbelströme sich dem durch die Primärspule 20 induzierten Magnetfeld besonders gut entgegenwirken können, wodurch beispielsweise eine Erwärmung von Bauteilen, insbesondere in dem Bereich 24 des Kraftfahrzeugs 10, vermieden werden kann.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Kraftfahrzeug
- 12
- Energieaufnahmevorrichtung
- 14
- Energiespeicher
- 16
- Spulenvorrichtung
- 18
- Sekundärspule
- 20
- Primärspule
- 22
- Boden
- 24
- Bereich
- 26
- Abschirmvorrichtung
- 28
- Abschirmelement
- 30
- Kontaktelement
- 32
- Batteriegehäuse
- 34
- Achsträger
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102014204517 A1 [0006]
- WO 2015/159466 A1 [0007]
