DE102018130847A1

DE102018130847A1 - Drahtlos-Ladevorrichtung mit Ferrit verschiedener Strukturen in einem Drahtlos-Energie-Übertragungssystem für ein elektrisches Fahrzeug

Info

Publication number: DE102018130847A1
Application number: DE102018130847.7A
Authority: DE
Inventors: Gyu Yeong Choe; Jae Eun CHA; Woo Young Lee; Dong Sup AHN; Byoung Kuk Lee; Min Kook Kim; Jong Eun Byun; Sang Joon ANN
Original assignee: Hyundai Motor Co; Kia Motors Corp; Sungkyunkwan University Research and Business Foundation
Current assignee: Hyundai Motor Co; Sungkyunkwan University Research and Business Foundation; Kia Corp
Priority date: 2018-01-17
Filing date: 2018-12-04
Publication date: 2019-07-18
Also published as: US20190221363A1; KR20190087761A; CN110040010A

Abstract

Eine Drahtlos-Ladevorrichtung zum Übertragen von Drahtlos-Energie an ein elektrisches Fahrzeug (EV) kann ein Platten-Typ-Ferrit und eine Spule aufweisen, die auf einem oberen Teil des Platten-Typ-Ferrits angeordnet ist, wobei das Platten-Typ-Ferrit ein erstes Ferrit-Element aufweist, das ein Inneres eines Bereichs, der von einer inneren Oberfläche der Spule definiert wird, belegt, und ein zweites Ferrit-Element aufweist, das ein Äußeres eines Bereichs, der von einer äußeren Oberfläche der Spule definiert wird, belegt, und wobei das erste Ferrit-Element einen hervorstehenden Abschnitt hat, der in Richtung der inneren Oberfläche der Spule zeigt. Dementsprechend kann die Sicherheit durch Verwendung der Ferrit-Struktur mit exzellenten EMI-Eigenschaften in der Drahtlos-Wiederaufladevorrichtung verbessert werden und die WPT-Effizienz kann auch durch Verwendung der Ferrit-Struktur mit exzellenten elektromagnetischen Eigenschaften in der Drahtlos-Ladevorrichtung verbessert werden.

Description

QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der koreanischen Patentanmeldung Nummer 10-2018-0005940 , eingereicht am 17. Januar 2018 beim koreanischen Büro für geistiges Eigentum (KIPO) wobei der gesamte Inhalt davon hierin durch Bezugnahme aufgenommen wird.
TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Drahtlos-Ladevorrichtung für ein Elektrisches-Fahrzeug(EV für englisch „electric vehicle“)-Drahtlos-Energie-Übertragungs(WPT für englisch „wireless power transfer“)-System, in dem Ferrit verschiedener Strukturen enthalten ist und spezieller eine Technik zum Erfassen elektrischer Eigenschaften, die gemäß einer Struktur von Ferrit, das in eine Übertragungsvorrichtung und eine Empfangsvorrichtung, verwendet in dem EV WPT-System, eingebaut ist, Variieren und Anwenden von Ferrit verschiedener Strukturen auf die Übertragungsvorrichtung oder die Empfangsvorrichtung basierend auf den erfassten elektrischen Eigenschaften.
HINTERGRUND
Ein Elektrisches-Fahrzeug(EV)-Lade-System kann als ein System zum Laden einer Hochspannungsbatterie, die in einem EV installiert ist, unter Verwendung einer Energiespeichervorrichtung oder eines Stromnetzes einer kommerziellen Stromquelle definiert werden. Das EV-Lade-System kann verschiedene Formen gemäß dem Typ von EV haben. Beispielsweise kann das EV-Lade-System als Leitungs-Typ, der ein Ladekabel verwendet, oder ein Nicht-Kontakt-Drahtlos-Energie-Übertragungs(WPT)-Typ (auch bezeichnet als „induktiv-Typ“) klassifiziert werden.
Wenn ein EV drahtlos geladen wird, bildet eine Empfangsspule in einer in das EV installierte Fahrzeuganordnung (VA) eine induktive Resonanzkopplung mit einer Übertragungsspule in einer Gruppenanordnung (GA), die sich in einer Ladestation oder einem Ladepunkt befindet. Elektrische Energie wird dann von dem GA an das VA zum Laden der Hochspannungsbatterie des EV durch die induktive Resonanzkopplung übertragen.
Währenddessen ist, um die Energieübertragungseffizienz in dem WPT-System vom Induktiv-Typ zu sichern, die Struktur der Übertragungsvorrichtung und der Empfangsvorrichtung ein wichtiger Faktor. Insbesondere haben die Übertragungsvorrichtung und die Empfangsvorrichtung ein eingebautes Ferrit, was eine magnetischer Stoff ist, der das WPT unterstützt. Die Struktur von Ferrit kann die Energieübertragungseffizienz und den Grad von elektromagnetischer Belastung des Benutzers ändern. Deshalb besteht der Bedarf, eine Ferrit-Struktur zum Verbessern der Energieübertragungseffizienz in dem WPT-System und Gewährleisten der Benutzersicherheit zu schaffen.
ZUSAMMENFASSUNG
Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung stellen eine Drahtlos-Ladevorrichtung zum Übertragen von Drahtlos-Energie an ein EV unter Verwendung von Ferrit verschiedener Strukturen bereit.
Gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung kann eine Drahtlos-Ladevorrichtung (beispielsweise ein Drahtlos-Lade-Anschluss, z.B. in Form einer Drahtlos-Lade-Platte) zum Übertragen von Drahtlos-Energie an ein elektrisches Fahrzeug (EV) ein Platten-Typ-Ferrit und eine Spule aufweisen, die auf einem oberen Teil des Platten-Typ-Ferrits angeordnet ist, wobei das Platten-Typ-Ferrit ein erstes Ferrit-Element aufweist, das ein Inneres eines Bereichs, der von einer inneren Oberfläche der Spule definiert wird, belegt, und ein zweites Ferrit-Element aufweist, das ein Äußeres eines Bereichs, der von einer äußeren Oberfläche der Spule definiert wird, belegt, und wobei das erste Ferrit-Element einen hervorstehenden Abschnitt hat, der in Richtung der inneren Oberfläche der Spule zeigt.
Die Drahtlos-Ladevorrichtung kann ferner ein flaches Aluminiumschild vom Plattentyp aufweisen, das in einem unteren Teil des Platten-Typ-Ferrits angeordnet ist.
Die Spule kann einen gleichmäßigen Abstand zu dem hervorstehenden Abschnitt des ersten Ferrit-Elements und einer äußeren Oberfläche des zweiten Ferrit-Elements haben.
Weiterhin kann gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung eine Drahtlos-Ladevorrichtung zum Übertragen von Drahtlos-Energie an ein elektrisches Fahrzeug (EV) ein Platten-Typ-Ferrit und eine Spule aufweisen, die auf einem oberen Teil des Platten-Typ-Ferrits angeordnet ist, wobei das Platten-Typ-Ferrit ein erstes Ferrit-Element aufweist, das ein Inneres eines Bereichs, der von einer inneren Oberfläche der Spule definiert wird, belegt, und ein zweites Ferrit-Element aufweist, das ein Äußeres eines Bereichs, der von einer äußeren Oberfläche der Spule definiert wird, belegt, und das zweite Ferrit-Element eine Wandform hat, die die äußere Oberfläche der Spule umgibt.
Der Abstand zwischen der inneren Oberfläche der Spule und der äußeren Oberfläche der Spule kann 60 mm sein.
Weiterhin kann gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung eine Drahtlos-Ladevorrichtung zum Übertragen von Drahtlos-Energie an ein elektrisches Fahrzeug (EV) ein Platten-Typ-Ferrit und eine Spule aufweisen, die auf einem oberen Teil des Platten-Typ-Ferrits angeordnet ist, wobei das Platten-Typ-Ferrit ein erstes Ferrit-Element aufweist, das ein Inneres eines Bereichs, der von einer inneren Oberfläche der Spule definiert wird, belegt, und ein zweites Ferrit-Element aufweist, das ein Äußeres eines Bereichs, der von einer äußeren Oberfläche der Spule definiert wird, belegt, und wobei das erste Ferrit-Element eine Nut in einem zentralen Abschnitt des ersten Ferrit-Elements aufweist.
Das erste Ferrit-Element kann eine Wandform haben, die von der inneren Oberfläche der Spule zwischen einem Rand der Nut und der inneren Oberfläche der Spule umgeben ist.
Das zweite Ferrit-Element kann eine Wandform haben, die die äußere Oberfläche der Spule umgibt.
Die Spule kann derart angeordnet sein, dass eine äußere Oberfläche des Platten-Typ-Ferrits und die äußere Oberfläche der Spule auf derselben vertikalen Ebene sind.
Die Spule kann einen gleichmäßigen Abstand zu einer äußeren Oberfläche des Platten-Typ-Ferrits und einem Rand der Nut haben.
Die Spule kann derart angeordnet sein, dass ein Rand der Nut und die innere Oberfläche der Spule auf derselben vertikalen Ebene sind.
Die Drahtlos-Ladevorrichtung kann eine Übertragungsvorrichtung zum Übertragen von Drahtlos-Energie an eine Empfangsvorrichtung, die in dem EV vorgesehen ist, sein.
Die Drahtlos-Ladevorrichtung kann ein flaches Aluminiumschild vom Platten-Typ aufweisen, das in einem unteren Teil des Platten-Typ-Ferrits angeordnet ist.
Ein Abstand zwischen der inneren Oberfläche der Spule und der äußeren Oberfläche der Spule kann 60 mm sein.
In dem WPT-System für EV gemäß der vorliegenden Offenbarung wie oben beschrieben kann die Drahtlos-Ladevorrichtung mit der optimalen Ferrit-Struktur bereitgestellt werden, wobei Änderungen der elektromagnetischen Eigenschaften und der Elektromagnetische-Interferenz (EMI)-Eigenschaften berücksichtigt werden. Dementsprechend kann die Sicherheit durch Verwendung der Ferrit-Struktur mit exzellenten EMI-Eigenschaften in der Drahtlos-Wiederaufladevorrichtung verbessert werden und die WPT-Effizienz kann auch durch Verwendung der Ferrit-Struktur mit exzellenten elektromagnetischen Eigenschaften in der Drahtlos-Ladevorrichtung verbessert werden.
Figurenliste
Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung werden durch das Beschreiben von Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung im Detail mit Bezug auf die beiliegenden Figuren ersichtlicher, in denen:

1 ein konzeptionelles Diagramm ist, das ein Konzept zur drahtlosen Energieübertragung (WPT) veranschaulicht, auf das Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung angewendet werden;
2 ein konzeptionelles Diagramm ist, das eine WPT-Schaltung gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht;
3 ein konzeptionelles Diagramm zum Erklären eines Konzepts zum Ausrichten in einem EV WPT gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung ist;
4 ein Diagramm ist, das eine Querschnittsansicht und eine Höhenlinienansicht einer Übertragungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht;
5 ein Diagramm ist, das eine Querschnittsansicht und eine Höhenlinienansicht einer Empfangsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht;
6 eine exemplarische Ansicht ist, die Ferrit-Strukturen veranschaulicht, die auf eine Übertragungsvorrichtung und eine Empfangsvorrichtung gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung angewendet werden können;
7A ein Graph ist, der eine Änderung der magnetischen Induktivität aufgrund einer x-Achsen-Trennung zwischen einer Übertragungsvorrichtung und einer Empfangsvorrichtung, auf die verschiedene Ferrit-Strukturen gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung angewendet werden, veranschaulicht;
7B ein Graph ist, der eine Änderung der magnetischen Induktivität aufgrund einer y-Achsen-Trennung zwischen einer Übertragungsvorrichtung und einer Empfangsvorrichtung, auf die verschiedene Ferrit-Strukturen gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung angewendet werden, veranschaulicht;
8A ein Graph ist, der eine Änderung des Kopplungskoeffizienten aufgrund einer x-Achsen-Trennung zwischen einer Übertragungsvorrichtung und einer Empfangsvorrichtung, auf die verschiedene Ferrit-Strukturen gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung angewendet werden, veranschaulicht;
8B ein Graph ist, der eine Änderung des Kopplungskoeffizienten aufgrund einer y-Achsen-Trennung zwischen einer Übertragungsvorrichtung und einer Empfangsvorrichtung, auf die verschiedene Ferrit-Strukturen gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung angewendet werden, veranschaulicht;
9 eine exemplarische Ansicht ist, die Verteilungen der magnetischen Flussdichte, die zwischen einer Übertragungsvorrichtung und einer Empfangsvorrichtung, auf die verschiedene Ferrit-Strukturen gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung angewendet werden, gebildet werden, veranschaulicht;
10A und 10B Diagramme sind, die eine experimentelle Umgebung veranschaulichen, in der EMI unter Verwendung einer Übertragungsvorrichtung, auf die verschiedene Ferrit-Strukturen gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung angewendet werden, ausgewertet wird; und
11A bis 11C Diagramme sind, die Ferrit-Strukturen veranschaulichen, die durch Unterteilen der Ferrit-Strukturen gemäß der vierten Ausführungsform von 6 durch die relativen Positionen der Spulen und der Ferrite erhalten werden.

Es sollte verstanden werden, dass die Figuren, auf die oben Bezug genommen wird, nicht notwendigerweise Größenverhältnisse wiedergeben und eine in gewisser Weise vereinfachte Darstellung der verschiedenen bevorzugten Merkmale, die für die grundlegenden Prinzipien der Offenbarung illustrativ sind, darstellen. Die spezifischen Design-Merkmale der vorliegenden Offenbarung, die beispielsweise spezifische Dimensionen, Orientierungen, Orte und Formen beinhalten werden teilweise durch die spezielle beabsichtigte Anwendung und die Verwendungsumgebung festgelegt.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung sind hierin offenbart. Jedoch sind spezifische strukturelle und funktionale Details, die hierin offenbart sind, nur repräsentativ zum Zweck der Beschreibung von Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung. Es können jedoch Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung in vielen anderen Formen ausgeführt werden und sollten nicht derart ausgelegt werden, dass sie auf Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung wie hierin dargelegt beschränkt sind. Beim Beschreiben der jeweiligen Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente.
Es wird verstanden werden, dass obwohl die Begriffe „erste/erster/erstes“, „zweite/zweiter/zweites“ etc. hierin verwendet werden können, um verschiedene Komponenten zu beschreiben, sollten diese Komponenten nicht durch diese Begriffe beschränkt werden. Diese Begriffe werden lediglich dazu verwendet, ein Element von einem anderen zu unterscheiden. Beispielsweise kann, ohne den Bereich der vorliegenden Offenbarung zu verlassen, eine erste Komponente als eine zweite Komponente bezeichnet werden und ähnlich die zweite Komponente als die erste Komponente bezeichnet werden. Der Begriff „und/oder“ enthält jegliche und alle Kombinationen von einem von den zugehörigen aufgelisteten Elementen.
Es wird verstanden werden, dass wenn auf eine Komponente als „verbunden mit“ einer anderen Komponente Bezug genommen wird, sie direkt oder indirekt mit der anderen Komponente verbunden sein kann. Das heißt, dass beispielsweise dazwischen liegende Komponenten vorhanden sein können. Umgekehrt wird verstanden, dass wenn auf eine Komponente als „direkt verbunden mit“ einer anderen Komponente Bezug genommen wird, es keine dazwischenliegenden Komponenten gibt.
Begriffe werden hierin nur dazu verwendet, die Ausführungsformen zu beschreiben aber beschränkt nicht die vorliegende Offenbarung. Ausdrücke der Einzahl enthalten, wenn es nicht anders im Kontext definiert ist, Ausdrücke im Plural. In der vorliegenden Beschreibung werden Begriffe „aufweisen“ und „haben“ dazu verwendet, Merkmale, Anzahlen, Schritte, Operationen, Elemente, Komponenten oder Kombinationen davon, die in der Beschreibung offenbart sind, als vorhanden zu bezeichnen aber schließen nicht die Möglichkeit der Existenz oder des Hinzufügens von ein oder mehreren Merkmalen, anzahlen, Schritten, Operationen, Elementen, Komponenten oder Kombinationen davon aus.
Alle Begriffe, die technische oder wissenschaftliche Begriffe enthalten haben, wenn es nicht anders definiert ist, dieselbe Bedeutung, wie sie im Allgemeinen durch einen Fachmann verstanden wird. Es wird verstanden werden, dass Begriffe, die in allgemein verwendeten Wörterbüchern definiert sind derart interpretiert werden, dass sie Bedeutungen identisch zu den Bedeutungen im Zusammenhang des Standes der Technik enthalten und nicht gemäß idealen oder exzessiv formalen Bedeutungen interpretiert werden, wenn es nicht definitiv anders in der vorliegenden Beschreibung definiert ist.
Zusätzlich wird verstanden, dass ein oder mehrere der unten stehenden Verfahren oder Aspekte davon von mindestens einer Steuereinrichtung ausgeführt werden können. Der Begriff „Steuereinrichtung“ kann sich auf eine Hardware-Vorrichtung beziehen, die einen Speicher und einem Prozessor enthält. Der Speicher ist dazu eingerichtet, Programm-Instruktionen zu speichern und der Prozessor ist spezifisch dazu programmiert, die Programm-Instruktionen zum Ausführen von ein oder mehreren Prozessen, die weiter unten beschrieben sind, durchzuführen. Die Steuereinrichtung kann den Betrieb von Einheiten, Modulen, Teilen, Vorrichtungen oder ähnlichem steuern, wie hierin beschrieben. Darüber hinaus wird verstanden, dass die Verfahren weiter unten durch eine Vorrichtung ausgeführt werden können, die eine Steuereinrichtung in Verbindung mit ein oder mehreren anderen Komponenten enthalten aufweist, wie von einem Fachmann anerkannt werden würde.
Gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann ein EV-Lade-System als ein System zum Laden eine Hochspannungsbatterie, die in einem EV installiert ist, unter Verwendung einer Energiespeichervorrichtung oder eines Stromnetzes einer kommerziellen Stromquelle verstanden werden. Das EV-Ladesystem kann verschiedene Formen gemäß dem Typ von EV haben. Beispielsweise kann das EV-Lade-System als Leitungs-Typ, der ein Ladekabel verwendet, oder ein Nicht-Kontakt-Drahtlos-Energie-Übertragungs(WPT)-Typ (auch bezeichnet als „induktiv-Typ“) klassifiziert werden. Die Stromquelle kann einen privaten oder öffentlichen elektrischen Service oder einen Generator, der Treibstoff in einem Fahrzeug verwendet und Ähnliches sein.
Die Begriffe, die in der vorliegenden Offenbarung verwendet werden, sind wie folgt definiert.
„Elektrisches Fahrzeug (EV für englisch „electric vehicle“)“: ein Auto, wie in 49 CFR 523.3 definiert, vorgesehen für die Verwendung auf der Autobahn, angetrieben durch einen elektrischen Motor, der Strom aus einer Energiespeichervorrichtung im Fahrzeug, wie beispielsweise eine Batterie, bezieht, die aus einer Quelle außerhalb des Fahrzeugs wieder aufladen Bar ist, wie beispielsweise einem privaten oder öffentlichen elektrischen Service oder einem Treibstoff-betriebenen Generator in einem Fahrzeug. Das EV kann vier oder mehr Räder haben und primär zur Verwendung auf öffentlichen Straßen und Landstraßen sein.
Auf das EV kann als elektrisches Auto, elektrisches Automobil, elektrisches Straßenfahrzeug (ERV für englisch „electric road vehicle“), Fahrzeug zum Einstecken (PV für englisch „plug-in vehicle“), Fahrzeug zum Einstecken (xEV) etc. Bezug genommen werden und das xEV kann in ein aufladbares nur-elektrisches Fahrzeug (BEV), ein elektrisches Batterie-Fahrzeug, ein elektrisches Fahrzeug zum Einstecken (PEV), ein hybrides elektrisches Fahrzeug (HEV für englisch „hybrid electric vehicle“) ein hybrides elektrisches Fahrzeug zum Einstecken (HPEV), ein hybrides elektrisches Fahrzeug zum Einstecken (PHEV) etc. klassifiziert werden.
„Elektrisches Fahrzeug zum Einstecken (PEV)“: ein elektrisches Fahrzeug, das die primäre Batterie im Fahrzeug durch Verbinden mit einem Stromnetz auflädt.
„Fahrzeug zum Einstecken (PV)“: ein elektrisches Fahrzeug, das durch drahtloses Laden von einem elektrischen Fahrzeugversorgungsgerät (EVSE für englisch „electric vehicle supply equipment) ohne Verwendung eines physikalischen Steckers oder einer physikalischen Buchse aufladbar ist.
„Schwerlastkraftwagen (H.D.(für englisch „heavy duty“)-Fahrzeug)“: Jegliches 4-oder mehrrädrige Fahrzeug wie in 49 CFR 523.6 oder 49 CFR 37.3 (Bus) definiert.
„Leichtes elektrisches Fahrzeug zum Einstecken“: ein drei- oder vierrädriges Fahrzeug, das von einem elektrischen Motor angetrieben wird, der Strom von einer aufladbaren Speicherbatterie oder anderen Energievorrichtungen bezieht, zur Verwendung primär auf öffentlichen Straßen, Landstraßen oder Autobahnen und eingestuft bei weniger als 4545 kg Fahrzeug-Gesamtgewicht.
„Drahtlos-Energie-Lade-System (WCS für englisch „wireless power charging system“)“: Das System zum drahtlosen Energietransfer und zur Steuerung zwischen der GA und der VA inklusive Ausrichten und Kommunikation. Dieses System überträgt Energie elektromagnetisch von dem elektrischen Versorgungsnetzwerk an das elektrische Fahrzeug durch einen zweiteiligen lose gekoppelten Transformator.
„Drahtlose Energieübertragung (WPT für englisch „wireless power transfer“)“: die Übertragung von elektrischer Energie von einem Wechselstrom-Versorgungsnetzwerk an das elektrische Fahrzeug durch kontaktlose Mittel.
„Energieversorger“: eine Menge von Systemen, die elektrische Energie bereitstellen und ein Kundeninformationssystem (CIS), eine fortgeschrittene Mess-Infrastruktur (AMI für englisch „advanced metering infrastructure“), ein Raten- und Erlössystem etc. aufweisen können. Der Energieversorger kann das EV mit Energie durch eine Raten-Tabelle und diskrete Ereignisse versorgen. Der Energieversorger kann auch Information über eine Zertifizierung von EVs, ein Intervall von Energieverbrauchmessungen und Preise bereitstellen.
„Intelligentes Laden“: System, in dem ein EVSE und/oder PEV mit einem Stromnetz kommunizieren, um das Lade-Verhältnis oder Entlade-Verhältnis des EV durch Berücksichtigen der Kapazität des Stromnetzes oder des Nutzungsaufwands zu optimieren.
„Automatisches Laden“: Eine Prozedur, in dem induktives Laden automatisch durchgeführt wird, nachdem ein Fahrzeug in einer geeigneten Position, die einer primären Ladeanordnung, die Energie übertragen kann, lokalisiert wurde. Das automatische Laden kann durchgeführt werden, nachdem eine Notwendige Authentifizierung und Berechtigung erhalten wurde.
„Interoperabilität“: Ein Zustand, in dem Komponenten eines Systems mit entsprechenden Komponenten des Systems zusammenarbeiten, um Operationen, auf die das System abzielt, durchzuführen. Außerdem kann Informations-Interoperabilität die Fähigkeit meinen, dass zwei oder mehr Netzwerke, Systeme, Vorrichtungen, Anwendungen oder Komponenten Informationen ohne Benutzern Unannehmlichkeiten zu verursachen, effizient geteilt und leicht verwendet werden können.
„Induktives Ladesystem“: ein System zum Übertragen von Energie von einer Stromquelle an ein EV durch einen zweiteiligen Transformator mit Kern mit Luftspalt, in dem die zwei Hälften des Transformators, die Primärwicklung (d.h. die Spule auf der Primärseite) und die Sekundärwicklung (d.h. die Spule auf der Sekundärseite), physikalisch voneinander getrennt sind. In der vorliegenden Offenbarung kann das induktive Ladesystem einem EV-Energieübertragungssystem entsprechen.
„Induktiver Koppler“: Der Transformator, der durch die Wicklung der GA-Spule und die Wicklung der VA-gebildet wird, der es ermöglicht, dass Energie mit galvanischer Isolierung übertragen wird.
„Induktive Kopplung“: Das magnetische Koppeln zwischen zwei Spulen. In der vorliegenden Offenbarung, das Koppeln zwischen der GA-Spule und der VA-Spule.
„Boden-Anordnung (GA für englisch „ground assembly“)“: eine Anordnung auf der Infrastruktur-Seite, die aus der GA-Spule, einer Strom/Frequenz-Umwandlungseinheit und der GA-Steuereinrichtung sowie der Verdrahtung von dem Netz und zwischen jeder Einheit, Filter-Schaltungen, Gehäuse etc., erforderlich, um als Energiequelle des Drahtlos-Energieladesystems zu arbeiten, besteht. Die GA kann die Kommunikationselemente aufweisen, die für die Kommunikation zwischen der GA und der VA erforderlich sind.
„Fahrzeug-Anordnung (VA für englisch „vehicle assembly“)“: eine Anordnung im Fahrzeug, die aus der VA-Spule, einer Gleichrichter/Stromwandler-Einheit und der VA-Steuereinrichtung sowie der Verdrahtung zu den Fahrzeugbatterien und zwischen jeder Einheit, Filter-Schaltungen, Gehäuse etc., erforderlich um als der Fahrzeugteil eines Drahtlos-Energieladesystems zu arbeiten, besteht. Das VA kann die Kommunikationselemente aufweisen, die für die Kommunikation zwischen der VA und der GA erforderlich sind.
Die GA kann als primäre Vorrichtung (PD für englisch „primary device“) bezeichnet werden und die VA kann als sekundäre Vorrichtung (SD für englisch „secondary device“) bezeichnet werden.
„Primäre Vorrichtung“: Ein Gerät, das das kontaktlose Koppeln mit der sekundären Vorrichtung bereitstellt. Das heißt, dass die primäre Vorrichtung ein Gerät sein kann, das gegenüber einem EV extern ist. Wenn das EV Energie empfängt, kann die primäre Vorrichtung als die Quelle der zu übertragenen Energie agieren. Die primäre Vorrichtung kann das Gehäuse und alle Abdeckungen aufweisen.
„Sekundäre Vorrichtung“: Ein Gerät, das in dem EV installiert ist, das das kontaktlose Koppeln mit der primären Vorrichtung bereitstellt. Das heißt, dass die sekundäre Vorrichtung in dem EV installiert sein kann. Wenn das EV Energie empfängt kann die sekundäre Vorrichtung die Energie von der primären an das EV übertragen. Die sekundäre Vorrichtung kann das Gehäuse und alle Abdeckungen aufweisen.
„GA-Steuereinrichtung“: Der Abschnitt der GA, der den Ausgangs-Energiepegel an die GA-Spule basierend auf Informationen von dem Fahrzeug regelt.
„VA-Steuereinrichtung“: Der Abschnitt der VA, der spezifische Parameter des Fahrzeugs während des Ladens überwacht und eine Kommunikation mit der GA initiiert, um den Ausgangs-Energiepegel zu steuern.
Die GA-Steuereinrichtung kann als eine Primäre-Vorrichtung-Kommunikationssteuereinrichtung (PDCC) bezeichnet werden und die VA-Steuereinrichtung kann als eine Elektrisches-Fahrzeug-Kommunikationssteuereinrichtung (EVCC) bezeichnet werden.
„Magnetischer Spalt“: Der vertikale Abstand zwischen der Ebene von dem höheren von der Oberseite des Litz-Drahts und der Oberseite des magnetischen Materials in der GA-Spule zu der Ebene von dem niedrigeren von der Unterseite des Litz-Drahts und des magnetischen Materials in der VA-Spule, wenn ausgerichtet.
„Umgebungstemperatur“: Die Temperatur am Boden der Luft, die an dem betrachteten Subsystem nicht im direkten Sonnenlicht gemessen wird.
„Fahrzeug-Boden-Freiraum“: Der vertikale Abstand zwischen der Bodenoberfläche und dem niedrigsten Teil des Fahrzeugbodenblechs.
„Magnetischer Fahrzeug-Boden-Freiraum“: Der vertikale Abstand zwischen der Ebene von dem niedrigeren von dem Boden des Litz-Drahts oder dem magnetischen Material in der VA-Spule, die in einem Fahrzeug installiert ist, zu der Bodenoberfläche.
„Magnetischer VA-Spule-Oberflächenabstand“: Der Abstand zwischen der Ebene der nächsten magnetischen oder leitfähigen Komponentenoberfläche zu der unteren äußeren Oberfläche der VA-Spule, wenn sie installiert ist. Dieser Abstand beinhaltet jegliche Schutzabdeckungen und zusätzliche Elemente, die in die VA-Spulen-Umhüllung aufgenommen sein können.
Die VA-Spule kann als die sekundäre Spule, eine Fahrzeugspule oder eine Empfangsspule bezeichnet werden. Ähnlich kann die GA-Spule als primäre Spule oder Übertragungsspule bezeichnet werden.
„Freiliegende leitfähige Komponente“: Eine leitfähige Komponente eines elektrischen Geräts (beispielsweise eines elektrischen Fahrzeugs), die berührt werden kann und die normalerweise nicht mit Strom versorgt wird, aber die im Falle eines Fehlers mit Strom versorgt werden kann.
„Gefährliche unter Spannung stehende Komponente“: Eine unter Spannung stehende Komponente, die unter bestimmten Bedingungen einen gesundheitsgefährdenden elektrischen Schock geben kann.
„Unter Spannung stehende Komponente“: Jeglicher Leiter oder jegliche leitfähige Komponente, die dazu vorgesehen ist, bei normaler Verwendung mit Strom versorgt zu werden.
„Direkter Kontakt“: Kontakt von Personen mit unter Strom stehenden Komponenten. (Siehe IEC 61440)
„Indirekter Kontakt“: Kontakt von Personen mit freiliegenden, leitfähigen und unter Strom stehenden Komponenten, die durch einen Isolationsfehler unter Strom stehen. (Siehe IEC 61140)
„Ausrichtung“: Ein Prozess zum Finden der relativen Position der primären Vorrichtung zu der sekundären Vorrichtung und/oder zum Finden der relativen Position der Sekundären Vorrichtung zu der primären Vorrichtung für die effiziente Energieübertragung, die spezifiziert ist. In der vorliegenden Offenbarung kann die Ausrichtung auf eine Feinpositionierung des Drahtlos-Energie-Übertragungssystems zielen.
„Paarung“: Ein Prozess durch den ein Fahrzeug mit der eindeutigen dedizierten primären Vorrichtung bei dem es sich befindet und von dem die Energie übertragen werden wird, korreliert wird. Das Paaren kann den Prozess aufweisen, durch den eine VA-Steuereinrichtung und eine GA-Steuereinrichtung eines Ladepunkts korreliert werden. Der Korrelations/Assoziations-Prozess kann den Prozess des Aufbauens einer Beziehung zwischen zwei Peer-Kommunikationsentitäten aufweisen.
„Befehls-und Steuerkommunikation“: Die Kommunikation zwischen dem EV-Versorgungsgerät und dem EV tauscht Informationen aus, die zum Starten, Steuern und Beenden des WPT-Prozesses erforderlich ist.
„Kommunikation auf hoher Ebene (HLC für englisch „high-level communication“)“: HLC ist eine spezielle Art von digitaler Kommunikation. HLC ist für zusätzliche Dienste erforderlich, die nicht durch die Steuer- & Befehlskommunikation abgedeckt sind. Die Datenverbindung der HLC kann Stromleitungskommunikation (PLC) aufweisen aber ist nicht beschränkt.
„Niedriger-Strom-Anregung (LPE für englisch „low power excitation)“: LPE bezeichnet eine Technik zum Aktivieren der primären Vorrichtung für die Feinpositionierung und Paarung, sodass das EV die primäre Vorrichtung detektieren kann und umgekehrt.
„Dienstmengen-Identifikator (SSID für englisch „service set identifier“)“: SSID ist ein eindeutiger Identifikator, der aus 32 Zeichen besteht und an einen Nachrichtenkopf eines auf einem drahtlosen LAN übertragenen Pakets angehängt wird. Der SSID identifiziert die Basisdienstmenge (BSS) mit der sich die drahtlose Vorrichtung zu verbinden versucht. Der SSID unterscheidet mehrere drahtlose LANs. Deshalb können alle Zugriffspunkte (APs) und alle Endgerät/Stations-Vorrichtungen, die ein bestimmtes drahtloses LAN verwenden möchten, denselben SSID verwenden. Vorrichtungen, die nicht einen eindeutigen SSID verwenden, können nicht der BSS beitreten. Da der SSID als Klartext gezeigt wird, kann er dem Netzwerk keine Sicherheitsmerkmale bereitstellen.
„Erweiterter Dienstmengen Identifikator (ESSID)“: ESSID ist der Name des Netzwerks mit dem man wünscht sich zu verbinden. Er ist ähnlich zu SSID aber kann ein mehr erweitertes Konzept sein.
„Basis-Dienstmengen Identifikator (BSSID)“: Der BSSID, der aus 48 Bits besteht, wird zur Unterscheidung eines spezifischen BSS verwendet. Im Falle eines Infrastruktur-BSS-Netzwerks kann der BSSID die Medienzugriffssteuerung (MAC) des AP-Gerät sein. Für eine unabhängige BSS oder ein Ad-Hoc-Netzwerk kann der BSSID mit jeglichen Wert erzeugt werden.
Die Ladestation kann mindestens eine GA und mindestens eine GA-Steuereinrichtung, die eingerichtet ist, die mindestens eine GA zu verwalten, aufweisen. Die GA kann mindestens eine drahtlose Kommunikationsvorrichtung aufweisen. Die Ladestation kann einen Ort bezeichnen, der mindestens eine GA hat, die zu Hause, in einem Büro, an einem öffentlichen Platz, an einer Straße, in einem Parkbereich etc. installiert ist.
Gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung kann ein „schnelles Laden“ ein Verfahren bezeichnen zum direkten Umwandeln von Wechselstromenergie eines Stromsystems in Gleichstromenergie und Zuführen der umgewandelten Gleichstromenergie zu einer Batterie, die in einem EV installiert ist. Hierbei kann eine Spannung der Gleichstromenergie eine Gleichspannung von 500 Volt (V) oder weniger sein.
Gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung kann ein „langsames Laden“ ein Verfahren bezeichnen zum Laden einer Batterie, die in einem EV installiert ist, unter Verwendung von Wechselstromenergie die einem üblichem Zuhause oder einer Arbeitsstelle zugeführt wird. Eine Steckdose in jedem Zuhause oder jeder Arbeitsstelle oder eine Steckdose, die in einem Lade-Ständer angeordnet ist, kann die Wechselstromenergie bereitstellen und eine Spannung der Wechselstromenergie kann eine Wechselspannung von 220V oder weniger sein. Hierbei kann die EV ferner einen Bordlader (OBC für englisch „onboard charger) aufweisen, der eine Vorrichtung ist, die dazu eingerichtet ist, die Wechselstromenergie für das langsame Laden zu verstärken, wobei die Wechselstromenergie in Gleichstromenergie umgewandelt wird, und die umgewandelte Gleichstromenergie der Batterie zuzuführen.
Im Folgenden werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung im Detail durch Bezug auf die beigefügten Figuren erläutert.
1 ist ein konzeptionelles Diagramm, das ein Konzept einer Drahtlos-Energieübertragung (WPT) veranschaulicht, auf das Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung angewendet werden können.
Wie in 1 gezeigt, kann eine WPT von mindestens einer Komponente eines elektrischen Fahrzeugs (EV) 10 und einer Ladestation 20 ausgeführt werden und kann zur drahtlosen Übertragung von Energie an das EV 10 verwendet werden. Hierbei kann das EV 10 normalerweise als ein Fahrzeug definiert werden, das eine elektrische Energie, die in einem wiederaufladbaren Energiespeicher, aufweisend eine Batterie 12, als eine Energiequelle eines elektrischen Motors, der ein Antriebssystem des EV 10 ist, gespeichert ist, bereitstellt.
Jedoch kann das EV 10 gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung ein hybrides elektrisches Fahrzeug (HEV) aufweisen, das einen elektrischen Motor und einen internen Verbrennungsmotor zusammen aufweist und kann nicht nur ein Automobil sondern auch ein Motorrad, einen Wagen, einen Roller und ein elektrisches Fahrzeug aufweisen.
Außerdem kann das EV 10 eine Energieempfangsvorrichtung 11 aufweisen, die eine Empfangsspule zum Drahtlos-Laden der Batterie 12 aufweist und kann eine Steckverbindung zum leitenden Laden (d.h. zum Beispiel Leitungs-basiert, z.B. mittels eines Kabels) der Batterie 12 aufweisen. Hierbei kann das EV 10, das zum leitenden Laden der Batterie 12 eingerichtet ist als elektrisches Fahrzeug zum Einstecken (PEV) bezeichnet werden.
Hierbei kann die Ladestation 20 mit einem Stromnetz 30 oder einer Strom-Haupttrasse verbunden werden und kann Wechselstroms(AC)-Energie oder Gleichstroms(DC)-Energie an eine Energieübertragungsvorrichtung 21 mit einer Übertragungsspule durch eine Stromverbindung liefern.
Außerdem kann die Ladestation 20 mit einem Infrastrukturverwaltungssystem oder einem Infrastrukturserver, der das Stromnetz 30 verwaltet, oder einem Stromnetzwerk durch drahtbasierte/drahtlose Kommunikation kommunizieren und drahtlose Kommunikation mit dem EV 10 durchführen. Hierbei kann die drahtlose Kommunikation Bluetooth, ZigBee, zellulare Kommunikation, ein drahtloses lokales Netzwerk (WLAN) oder ähnliches aufweisen.
Außerdem kann sich die Ladestation 20 beispielsweise an verschiedenen Orten befinden, inklusive eines Parkbereichs, der dem Haus des Besitzers des EV 10Angegliedert ist, eines Parkbereichs zum Laden eines EV an einer Tankstelle, eines Parkbereichs bei einem Einkaufszentrum oder einer Arbeitsstelle.
Ein Prozess zum Drahtlos-Laden der Batterie 12 des EV 10 kann damit beginnen, dass zuerst die Energieempfangsvorrichtung 11 des EV 10 in einem Energiefeld platziert wird, das durch die Energieübertragungsvorrichtung 21 erzeugt wird und die Empfangsspule und die Übertragungsspule dazu gebracht werden, miteinander zu interagieren oder miteinander zu koppeln. Eine elektromotorische Kraft kann in der Energieempfangsvorrichtung 11als Ergebnis der Interaktion oder des Koppelns induziert werden und die Batterie 12 kann durch die induzierte elektromotorische Kraft geladen werden.
Die Ladestation 20 und die Übertragungsvorrichtung 21 können als Boden-Anordnung (GA) als Ganzes oder als Teil bezeichnet werden, wobei sich GA auf die zuvor definierte Bedeutung beziehen kann.
Alle oder ein Teil der internen Komponenten und die Empfangsvorrichtung 11 des EV 10 können als eine Fahrzeug-Anordnung (VA) bezeichnet werden wobei sich VA auf die zuvor definierte Bedeutung bezieht.
Hierbei können die Energieübertragungsvorrichtung oder die Energieempfangsvorrichtung als nicht-polarisiert oder polarisiert eingerichtet sein.
In einem Fall, in dem eine Vorrichtung nicht-polarisiert ist, gibt es einen Pol in einem Zentrum der Vorrichtung und einen entgegengesetzten Pol in einer externen Umgebung. Hierbei kann ein Fluss gebildet werden, sodass er von dem Zentrum der Vorrichtung austritt und an allen externen Rändern der Vorrichtung zurückkehrt.
In einem Fall, dass eine Vorrichtung polarisiert ist kann sie einen jeweiligen Pol an jedem Endabschnitt der Vorrichtung haben. Hierbei kann ein magnetischer Fluss basierend auf einer Orientierung der Vorrichtung gebildet werden.
In der vorliegenden Offenbarung können die Übertragungsvorrichtung 21 oder die Empfangsvorrichtung 11 kollektiv als ‚drahtlose Übertragungsvorrichtung‘ bezeichnet werden.
2 ist ein konzeptionelles Diagramm, das eine WPT-Schaltung gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht.
Wie in 2 gezeigt kann eine schematische Konfiguration einer Schaltung, in der eine WPT in einem EV WPT-System durchgeführt wird, erkannt werden.
Hierbei kann die linke Seite von 2 derart interpretiert werden, dass sie alles oder einen Teil einer Stromquelle V_src , die von einem Stromnetzwerk bereitgestellt wird, die Ladestation 20 und die Übertragungsvorrichtung 21 in 1 repräsentiert, und die rechte Seite von 2 kann derart interpretiert werden, dass sie alles oder einen Teil des EV inklusive der Empfangsvorrichtung und der Batterie repräsentiert.
Zunächst kann die Schaltung auf der linken Seite von 2 eine Ausgangsleistung P_src ausgeben, die der Energiequelle V_src entspricht, die von dem Stromnetzwerk einem Stromkonverter auf der Primärseite zugeführt wird. Der Stromkonverter auf der Primärseite kann eine Ausgangsleistung P₁ , die aus der Ausgangsleistung P_src durch FrequenzUmwandlung und Wechselstrom-zu-Gleichstrom/Gleichstrom-zu-Wechselstrom-Umwandlung umgewandelt ist, ausgeben, um ein elektromagnetisches Feld mit der gewünschten Betriebsfrequenz in einer Übertragungsspule L₁ zu erzeugen.
Im Speziellen kann der Stromkonverter auf der primären Seite einen Wechselstrom/Gleichstrom-Wandler zum Umwandeln der Leistung P_src , die in Form eines Wechselstroms ist, der von dem Strom-Netzwerk bereitgestellt wird, in einen Gleichstrom und einen Niederfrequenz (LF)-Wandler zum Umwandeln des Gleichstroms in einen Wechselstrom mit einer Betriebsfrequenz, die für das drahtlose Laden geeignet ist, aufweisen. Beispielsweise kann die Betriebsfrequenz für das drahtlose Laden so bestimmt werden, dass sie innerhalb 80-90 kHz liegt.
Die von dem Stromkonverter auf der primären Seite ausgegebene Leistung P₁ kann wieder einer Schaltung mit der Übertragungsspule L₁ , einem ersten Kondensator C₁ und einem ersten Widerstand R₁ zugeführt werden. Hierbei kann eine Kapazität des ersten Kondensators C₁ als Wert bestimmt werden, sodass man zusammen mit der Übertragungsspule L₁ eine Frequenz hat, die zum Laden geeignet ist. Hierbei kann der erste Widerstand R₁ einen Energieverlust repräsentieren, der durch die Übertragungsspule L₁ und den ersten Kondensator C₁ eintritt.
Ferner kann die Übertragungsspule L₁ derart gemacht sein, dass sie eine elektromagnetische Kopplung, die definiert ist durch einen Kopplungskoeffizienten m, mit der Empfangsspule L₂ hat, so das eine Leistung P₂ übertragen wird oder die Leistung P₂in der Empfangsspule L₂ induziert wird. Deshalb kann die Bedeutung von Energietransfer in der vorliegenden Offenbarung zusammen mit der Bedeutung von Energieinduktion verwendet werden.
Noch weiter kann die in der Empfangsspule L₂ induzierte oder zu der Empfangsspule L₂ übertragene Leistung P₂ einem Stromkonverter auf der sekundären Seite zugeführt werden. Hierbei kann eine Kapazität eines zweiten Kondensators C₂ als Wert bestimmt werden, sodass man zusammen mit der Empfangsspule L₂ eine Betriebsfrequenz hat, die für das drahtlose Laden geeignet ist und ein zweiter Widerstand R₂ kann einen Energieverlust widerspiegeln, der durch die Empfangsspule L₂ und den zweiten Kondensator C₂ eintritt.
Der Stromkonverter auf der sekundären Seite kann einen Niederfrequenz-zu-Gleichstrom-Wandler aufweisen, der zugeführte Leistung P₂ mit einer bestimmten Betriebsfrequenz in einen Gleichstrom mit einer Spannung, die für die Batterie V_HV des EV geeignet ist, umwandelt.
Die elektrische Leistung P_HV , die aus der Leistung P₂ , die dem Stromkonverter auf der sekundären Seite zugeführt wird, kann ausgegeben werden und die Leistung P_HV kann dazu verwendet werden, die Batterie V_HV zu laden, die in dem EV angeordnet ist.
Die Schaltung auf der rechten Seite von 2 kann ferner einen Schalter zum selektiven Verbinden oder Trennen der Empfangsspule L₂ mit oder von der Batterie V_HV aufweisen. Hierbei können die Resonanzfrequenzen der Übertragungsspule L₁ und der Empfangsspule L₂ ähnlich oder zueinander identisch sein und die Empfangsspule L₂ kann in der Nähe des elektromagnetischen Felds, das von der Übertragungsspule L₁ erzeugt wird, positioniert werden.
Die Schaltung von 2 sollte als veranschaulichende Schaltung für WPT in dem EV WPT System verstanden werden, das für Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung verwendet wird und ist nicht auf die in 2 gezeigte beschränkt. Andererseits kann es, da der Energieverlust zunehmen kann, wenn die Übertragungsspule L₁ und die Empfangsspule L₂ sich in einem großen Abstand befinden, ein wichtiger Faktor sein, die relative Positionen der Übertragungsspule L₁ und der Empfangsspule L₂ festzulegen.
Die Übertragungsspule L₁ kann in der Übertragungsvorrichtung 21 in 1 enthalten sein und die Empfangsspule L₂ kann in der Empfangsvorrichtung 11 in 1 enthalten sein. Deshalb wird die zur Positionierung zwischen dem Übertragungsvorrichtung und der Empfangsvorrichtung oder zur Positionierung zwischen dem EV und der Übertragungsvorrichtung unten mit Bezug auf die Figuren beschrieben.
3 ist ein konzeptionelles Diagramm zum Erläutern eines Konzepts zum Ausrichten bei einer EV WPT gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.
Wie in 3 gezeigt wird ein Verfahren zum Ausrichten der Energieübertragungsvorrichtung 21 und der Energieempfangsvorrichtung 11 in der EV in 1 beschrieben. Hierbei kann ein positionelles Ausrichten dem Ausrichten, was der oben erwähnte Begriff ist, entsprechen und kann deshalb als positionelles Ausrichten zwischen der GA und der VA definiert sein aber ist nicht auf das Ausrichten der Übertragungsvorrichtung und der Empfangsvorrichtung beschränkt.
Obwohl die Übertragungsvorrichtung 21 derart dargestellt ist, dass sie unter einer Bodenoberfläche wie in 3 gezeigt positioniert ist, kann die Übertragungsvorrichtung 21auch auf der Bodenoberfläche positioniert sein oder kann derart positioniert sein, dass eine Oberfläche des oberen Teils der Übertragungsvorrichtung 21 unter der Bodenoberfläche freiliegt.
Die Empfangsvorrichtung 11 des EV kann durch unterschiedliche Kategorien gemäß ihren Höhen (definiert in z-Richtung), gemessen von der Bodenoberfläche definiert werden. Beispielsweise können eine Klasse 1 für Empfangsvorrichtungen mit einer Höhe von 100-150 mm (MM) von der Bodenoberfläche, eine Klasse 2 für Empfangsvorrichtungen mit einer Höhe von 140-210 mm und eine Klasse 3 für Empfangsvorrichtungen mit einer Höhe von 170-250 mm definiert werden. Hierbei kann die Empfangsvorrichtung einen Teil der oben definierten Klassen 1-3 unterstützen. Beispielsweise kann nur die Klasse 1 gemäß dem Typ der Empfangsvorrichtung 11 unterstützt werden oder die Klassen 1 und 2 können gemäß dem Typ der Empfangsvorrichtung 11 unterstützt werden.
Die Höhe der Empfangsvorrichtung, die von der Bodenoberfläche gemessen wird, kann dem zuvor definierten Begriff „magnetischer Fahrzeug Freiraum“ entsprechen.
Außerdem kann die Position der Energieübertragungsvorrichtung 21 in der Höhenrichtung (d.h. definiert in der z Richtung) derart bestimmt werden, dass sie sich zwischen der maximalen Klasse und der minimalen Klasse, die von der Energieempfangsvorrichtung 11 unterstützt werden, befindet. Beispielsweise kann, wenn die Empfangsvorrichtung nur die Klassen 1 und 2 unterstützt, die Position der Energieübertragungsvorrichtung 21 zwischen 100 und 210 mm mit Bezug auf die Energieempfangsvorrichtung 11 bestimmt werden.
Weiterhin kann ein Spalt zwischen der Mitte der Energieübertragungsvorrichtung 21 und der Mitte der Energieempfangsvorrichtung 11 derart bestimmt werden, dass es sich innerhalb der Grenzen der horizontalen Richtung und der vertikalen Richtung (definiert in x-Richtung und y-Richtung) befindet. Beispielsweise kann er derart bestimmt werden, dass es sich innerhalb ± 75 mm in der horizontalen Richtung (definiert in der x-Richtung) und innerhalb ±100 mm in der vertikalen Richtung (definiert in der y-Richtung) befindet.
Hierbei können die relativen Positionen der Energieübertragungsvorrichtung 21 und der Energieempfangsvorrichtung 11 gemäß experimenteller Ergebnisse variiert werden und die numerischen Werte sollten als exemplarisch verstanden werden.
Obwohl die Ausrichtung zwischen den Vorrichtungen basierend auf der Annahme beschrieben wird, dass jede von der Übertragungsvorrichtung 21 und der Empfangsvorrichtung 11 eine Spule aufweist, kann die Ausrichtung zwischen den Vorrichtungen genauer die Ausrichtung zwischen der Übertragungsspule (oder GA Spule) und der Empfangsspule (oder VA-Spule) meinen, die in der Übertragungsvorrichtung 21bzw. in der Empfangsvorrichtung 11 enthalten sind.
4 ist ein Diagramm, das eine Querschnittsansicht und eine Höhenlinienansicht einer Übertragungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht und 5 ist ein Diagramm, das eine Querschnittsansicht und eine Höhenlinienansicht einer Empfangsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. Mit Bezugnahme auf 4 kann eine Übertragungsvorrichtung ein äußeres Gehäuse 21a aufweisen, das eine äußere Form bildet, ein Aluminiumschild 21b, das in einer flachen Plattenform innerhalb des äußeren Gehäuses 21a vorgesehen ist, ein Platten-Typ-Ferrit 21c, das in einem oberen Teil des Aluminiumschilds 21b angeordnet ist und eine Übertragungsspule 21d aufweisen, die in einem oberen Teil des Platten-Typ-Ferrits 21c angeordnet ist. Hierbei kann sich der obere Teil auf eine Richtung nach oben mit Bezug auf einen Boden beziehen, auf dem die Übertragungsvorrichtung installiert ist. Hierbei ist Ferrit, das ein Material ist, dass für das Platten-Typ-Ferrit 21c verwendet wird, ein magnetisches Material, das Eisenoxid aufweist, das den magnetischen Widerstand verringern kann und dem Fluss von magnetischen Fluss zu übertragen und Empfangen von Drahtlos-Energie unterstützen kann.
Mit Bezug auf 5 kann eine Empfangsvorrichtung eine Aluminium-Unterbodenplatte 11d aufweisen, die auf einem unteren Teil des Fahrzeugs angeordnet ist, ein Äußeres Gehäuse 11a, das auf einem unteren Teil der Aluminium-Unterbodenplatte 11d angeordnet ist, ein Platten-Typ-Ferrit 11b, das in dem äußeren Gehäuse 11a angeordnet ist, und eine Empfangsspule 11c, die in dem äußeren Gehäuse 11a angeordnet ist und auf einem unteren Teil des Platten-Typ-Ferrits 11b angeordnet ist (das heißt in Bodenrichtung, wenn die Empfangsvorrichtung unter dem Fahrzeug installiert ist) aufweisen. In diesem Fall kann der zentrale Teil des Platten-Typ-Ferrits 11b hervorstehen, sodass er in Richtung der inneren Seite der Empfangsspule 11c zeigt. Außerdem kann der äußere Rand des Platten-Typ-Ferrits 11b in Form einer Wand sein, die die äußere Seite der Empfangsspule 11c umgibt.

Verglichen mit der Übertragungsvorrichtung von 4 ist es möglich, dass die Empfangsvorrichtung von 5 nicht das Aluminiumschild 21b aufweist. Währenddessen können die Strukturen der Übertragungsvorrichtung und der Empfangsvorrichtung wie in 1 unten bestimmt werden. Tabelle 1

	Übertragungsvorrichtung	Empfangsvorrichtung
Größe des äußeren Gehäuses	660x500 (mm²)	250x250 (mm²)
Aluminiumschild	640x480x2 (mm³)	250x250x3 (mm³)
Aluminium-Unterbodenplatte	nicht zutreffend	800x800x2 (mm³)
Ferrit	600x440x6 (mm³)	224x224x3 (mm3)
Ferritform	Plattentyp	U-Typ mit hervorstehendem zentralen Teil
Äußerer Durchmesser der Spule	540x380 (mm²)	232x232 (mm²)
Innerer Durchmesser der Spule	400x240 (mm²)	160x160 (mm²)
Spulenbreite	10 (mm) (max.)	7 (mm) (max)
Spulenbreite- Verhältnis (x/y)	0,167/0,117	0,149/0,149
Boden-Al	14 (mm)
Al-Oberseite - Fe-Oberseite	22 (mm)
Fe-Oberseite - Spulenoberseite	15 (mm)
Al-Oberseite - Fe-Unterseite		1 (mm)

Mit Bezug auf 1 können die detaillierten Strukturen der Übertragungsvorrichtung und der Empfangsvorrichtung festgelegt werden. Im Speziellen können in 1 Elemente zum Bestimmen der Struktur der Übertragungsvorrichtung eine äußere Gehäusegröße (externe Größe), eine Aluminiumschildgröße, eine Aluminium-Unterboden-Plattengröße, eine Ferrit-Größe, eine Ferrit-Form, einen äußeren Durchmesser einer Spule, einen inneren Durchmesser einer Spule, eine Breite einer Spule, ein Breitenverhältnis einer Spule, einen Abstand zwischen dem Boden und dem Aluminiumschild (d.h. ‚Boden-A1), einen Abstand zwischen einem oberen Teil (Oberseite) des Aluminiumschilds und einem unteren Teil (Oberseite) des Ferrits (d.h. ,Al-Oberseite - Fe-Oberseite‘), einen Abstand zwischen dem oberen Teil (Oberseite) des Ferrits und einem oberen Teil (Oberseite) der Spule (d.h. Fe-Oberseite - Spulenoberseite‘) und einen Abstand zwischen einem oberen Teil (Oberseite) des Aluminiumschilds und einem unteren Teil des Ferrits (d.h. ,Al-Oberseite - Fe-Unterseite‘) aufweisen.
Währenddessen kann abhängig von der Struktur des Ferrits, das in der Übertragungsvorrichtung und der Empfangsvorrichtung enthalten ist, die Effizienz, mit der die Drahtlosenergie von der Übertragungsvorrichtung an die Empfangsvorrichtung übertragen wird, variieren, und der Grad von elektromagnetischer Interferenz (EMI) kann auch variieren. Deshalb schlägt die vorliegende Offenbarung Ferrit-Strukturen vor, die in der Lage sind, EMI zu verringern, während die maximale Energieübertragungseffizienz aufrechterhalten wird.
6 ist eine exemplarische Ansicht, die Ferrit-Strukturen veranschaulicht, die auf eine Übertragungsvorrichtung und eine Empfangsvorrichtung gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung anwendbar sind.
Mit Bezug auf 6 können verschiedene Ausführungsformen von Ferrit-Strukturen, die auf einen Übertragungsvorrichtung oder einen Empfangsvorrichtung angewendet werden können, identifiziert werden. 6 veranschaulicht Strukturen der Ferrit-Platte, die auf die Übertragungsvorrichtung angewendet wird. Die Übertragungsvorrichtung kann das Aluminiumschild 21b, das Platten-Typ-Ferrit 21c und die Spule 21d wie in 4 gezeigt aufweisen. Jedoch sind die Ferrit-Strukturen nicht auf jene für die Übertragungsvorrichtung beschränkt und können auch auf die Empfangsvorrichtung angewendet werden.
Als erstes zeigt eine erste Ausführungsform (60a) eine Struktur, in der ein Plattenförmiges Ferrit auf einem flachen Aluminiumschild angeordnet ist und diese Struktur kann die einfachste Form sein (bezeichnet als ‚Basistyp‘).
Die zweite Ausführungsform (60b) zeigt eine Ferrit-Struktur, die in einer Plattenform gebildet ist und die Ferrit-Struktur hat einen zentralen Abschnitt (oder bezeichnet als ,erstes Ferrit-Element‘), der auf einer Seite der Vorrichtung herausragt (d.h. in der Richtung, die zu einer Gegenstück-Vorrichtung zeigt (d.h. Empfangsvorrichtung oder Übertragungsvorrichtung), sodass er in Richtung der inneren Oberfläche der Spule zeigt. In diesem Fall kann der zentrale Abschnitt des Ferrits einen Abschnitt innerhalb des Bereichs, der von der inneren Oberfläche der Spule definiert ist, belegen.
Die dritte Ausführungsform (60c) zeigt eine Ferrit-Struktur, die in einer Platten-Form gebildet ist und der äußere Abschnitt des Ferrits (oder bezeichnet als ,zweites Ferrit-Element‘) kann eine Wandform haben, so dass er die äußere Oberfläche der Spule umgibt. In diesem Fall kann der äußere Abschnitt des Ferrits einen Abschnitt außerhalb des Bereichs, der von der äußeren Oberfläche der Spule definiert wird, belegen.
Die vierte Ausführungsform (60d) zeigt eine Ferrit-Struktur, die in einer Platten-Form gebildet ist und der zentrale Abschnitt des Ferrits kann eine Nut haben, die durch Entfernen von allem oder einen Teil davon gebildet ist. Das heißt, dass der zentrale Abschnitt des Ferrits eine Struktur sein kann, in der nur ein Teil des Bereichs angrenzend an die innere Oberfläche der Spule belassen wird und der Rest entfernt wird.
Die Fünfte Ausführungsform (60e) zeigt eine Ferrit-Struktur, die in einer Platten-Form gebildet ist und ein zentraler Abschnitt des Ferrits kann eine Nut haben und kann eine Wandform haben, die von der inneren Oberfläche der Spule zwischen dem Rand der Nut und der inneren Oberfläche der Spule umgeben ist. Außerdem kann der äußere Abschnitt des Ferrits in der Form einer Wand sein, die die äußere Oberfläche der Spule umgibt.
Deshalb basieren die Ferrit-Strukturen gemäß der ersten Ausführungsform (60a) bis fünften Ausführungsform (60e) alle auf einer ebenen Ferrit-Struktur. In diesem Fall können die Spulen, die das Ferrit umgeben oder auf denen das Ferrit installiert ist, derart installiert werden, dass sie einen gleichmäßigen Abstand zu dem Ferrit haben, sodass der magnetische Fluss leicht fließen kann.
Im Folgenden werden Ergebnisse von Experimenten bezüglich der elektromagnetischen Eigenschaften der ersten bis sechsten Ausführungsform (60a bis 60e) beschrieben und eine optimale Ferrit-Struktur, die auf eine Übertragungsvorrichtung oder eine Empfangsvorrichtung anwendbar ist, wird vorgeschlagen.
7A ist ein Graph, der eine Änderung der magnetischen Induktivitäten aufgrund einer x-Achsen-Trennung zwischen einer Übertragungsvorrichtung und einer Empfangsvorrichtung, auf die verschiedene Ferrit-Strukturen gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung angewendet werden, veranschaulicht und 7B ist ein Graph, der eine Änderung der magnetischen Induktivität aufgrund einer y-Achsen-Trennung zwischen einer Übertragungsvorrichtung und einer Empfangsvorrichtung, auf die verschiedene Ferrit-Strukturen gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung angewendet werden, veranschaulicht.
In den 7A und 7B kann sich die x-Achsen-Trennung oder die y-Achsen-Trennung auf den Abstand zwischen der Übertragungsvorrichtung und der Empfangsvorrichtung in der x-Achsen-Richtung oder der y-Achsen-Richtung in dem Koordinatensystem gemäß 3 beziehen. Außerdem wird, wenn die Änderung der magnetischen Induktivitäten analysiert wird, ein vertikaler Abstand (z-Achsen-Abstand) von 100 mm angewendet. Das Platten-Ferrit wird auf die Empfangsvorrichtung angewendet und die Basis-Strukturen außer den Ferrit-Strukturen der Übertragungsvorrichtung und der Empfangsvorrichtung folgen der detaillierten Beschreibung gemäß der oben beschriebenen Tabelle 1. Außerdem entsprechen die Fälle 1 bis 5 der ersten bzw. fünften Ausführungsform gemäß 6.
Mit Bezug auf 7A und 7B wurde bestätigt, dass die magnetische Induktivität der Übertragungsvorrichtung zunimmt, wenn der x-Achsen-Trennungsabstand oder der y-Achsen-Trennungsabstand zunimmt. Dies kann eine Abnahme des Einflusses des Aluminiumschilds der Empfangsvorrichtung aufgrund der Zunahme des Trennungsabstands zugeschrieben werden. Insbesondere wurde bestätigt das im Vergleich mit der ersten Ausführungsform, die die allgemeine Platten-Typ-Ferrit-Struktur hat, die höchste magnetische Induktivität in der dritten und vierten Ausführungsform der Ferrit-Struktur gemessen wurde und die magnetische Induktivität steigt auch auf ein hohes Niveau gemäß der Zunahme des x-Achsen-Trennungsabstands oder des y-Achsen-Trennungsabstands. Außerdem hat die Ferrit-Struktur gemäß der fünften Ausführungsform eine verhältnismäßig hohe gemessene magnetische Induktivität im Vergleich mit der ersten Ausführungsform. Jedoch hat die Ferrit-Struktur gemäß der vierten Ausführungsform eine relativ niedrige magnetische Induktivität im Vergleich zu der ersten Ausführungsform.
Deshalb wurde es in dem Fall, in dem der zentrale Abschnitt des Ferrits hervorsteht, sodass er in Richtung der inneren Oberfläche der Spule zeigt (d.h. das zweite Ausführungsbeispiel) und/oder in dem Fall, in dem der äußere Abschnitt des Ferrits die äußere Oberfläche der Spule umgibt (das heißt das dritte Ausführungsbeispiel oder das fünfte Ausführungsbeispiel) bestätigt, dass die magnetische Induktivität mehr als beim Basis-Typ (d.h. dem ersten Ausführungsbeispiel) verbessert wird. Andererseits wurde bestätigt, dass die magnetische Induktivität im Vergleich zu den Basis-Typ relativ verringert wird in dem Fall, in dem anstatt der hervorstehenden Form alles oder ein Teil des zentralen Abschnitts des Ferrits entfernt wird, um eine Nut zu bilden (d.h. das vierte Ausführungsbeispiel).
8A ist ein Graph, der eine Änderung des Kopplungskoeffizienten aufgrund einer x-Achsen-Trennung zwischen einer Übertragungsvorrichtung und einer Empfangsvorrichtung, auf die verschiedene Ferrit-Strukturen gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung angewendet werden, veranschaulicht und 8B ist ein Graph, der eine Änderung des Kopplungskoeffizienten aufgrund einer y-Achsen-Trennung zwischen einer Übertragungsvorrichtung und einer Empfangsvorrichtung, auf die verschiedene Ferrit-Strukturen gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung angewendet werden, veranschaulicht.
Die experimentelle Umgebung in den 8A und 8B ist derart eingestellt, dass sie dieselbe ist wie die experimentelle Umgebung in den 7A und 7B.
Mit Bezug auf die 8A und 8B wurde bestätigt, dass der Kopplungskoeffizient für all die Ferrit-Strukturen abnimmt, wenn der x-Achsen Trennungsabstand und der y-Achsen Trennungsabstand zunehmen. Insbesondere wurde der höchste Kopplungskoeffizient für die Ferrit-Struktur der zweiten Ausführungsform gemessen. Außerdem wurde es bestätigt, dass die Ferrit Struktur der dritten Ausführungsform einen relativ hohen Kopplungskoeffizienten hat, obwohl kein großer Unterschied besteht, im Vergleich zu der Ferrit-Struktur der ersten Ausführungsform. Ferner wurde bei den Ferrit-Strukturen gemäß dem vierten und fünften Ausführungsbeispiel gemessen, dass der Kopplungskoeffizient verhältnismäßig niedrig im Vergleich zu der ersten Ausführungsform ist.
Deshalb wurde es in dem Fall, in dem der zentrale Abschnitt des Ferrits hervorsteht, sodass er in Richtung der inneren Oberfläche der Spule zeigt (d.h. das zweite Ausführungsbeispiel) und/oder in dem Fall, in dem der äußere Abschnitt des Ferrits eine Wandform hat, die die äußere Oberfläche der Spule umgibt (das heißt das dritte Ausführungsbeispiel) bestätigt, dass der Kopplungskoeffizient mehr als beim Basis-Typ (d.h. dem ersten Ausführungsbeispiel) verbessert wird. Andererseits wurde es bestätigt, dass der Kopplungskoeffizienten im Vergleich zum Basis-Typ relativ verringert wird in dem Fall, in dem anstatt einer hervorstehenden Form alles oder ein Teil des zentralen Abschnitts des Ferrits entfernt wird, um eine Nut zu bilden (d.h. das vierte Ausführungsbeispiel oder das fünfte Ausführungsbeispielen).
9 ist eine exemplarische Ansicht, die Verteilungen der magnetischen Flussdichte, die zwischen einer Übertragungsvorrichtung und einer Empfangsvorrichtung, auf die verschiedene Ferrit-Strukturen gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung angewendet werden, gebildet werden, veranschaulicht.
Mit Bezug auf 9 ist eine erste Verteilungskarte 90a eine magnetische FlussdichteVerteilung, die gemessen wurde unter Verwendung einer Übertragungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform 60a von 6, eine zweite Verteilungskarte 90b ist eine magnetische Flussdichteverteilung, die gemessen wurde unter Verwendung einer Übertragungsvorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform 60b von 6, eine dritte Verteilungskarte 90c ist eine magnetische Flussdichteverteilung, die gemessen wurde unter Verwendung einer Übertragungsvorrichtung gemäß der dritten Ausführungsform 60c von 6, eine vierte Verteilungskarte 90d ist eine magnetische Flussdichteverteilung, die gemessen wurde unter Verwendung einer Übertragungsvorrichtung gemäß der vierten Ausführungsform 60d von 6 und eine fünfte Verteilungskarte 90e ist eine magnetische Flussdichteverteilung, die gemessen wurde unter Verwendung einer Übertragungsvorrichtung gemäß der fünften Ausführungsform 60e von 6. Hierbei zeigt der Farbton der magnetischen Flussdichteverteilung eine magnetische Flussdichte zwischen 0mT und 10mT,
wenn die zweite Verteilungskarte 90b bis fünfte Verteilungskarte 90e verglichen werden mit der ersten Verteilungskarte 90a, die gemessen wurde unter Verwendung der Übertragungsvorrichtung mit dem Ferrit der grundlegenden ebenen Struktur, kann gesehen werden, dass die magnetische Flussdichte abhängig davon variiert ob oder ob nicht das Ferrit vorhanden ist. Insbesondere kann in dem Fall, in dem der zentrale Abschnitt oder der äußere Abschnitt des Ferrits eine hervorstehende Form oder eine Wandform hat (d.h. die zweite Ausführungsform, die dritte Ausführungsform und die fünfte Ausführungsform) bestätigt werden, dass die magnetischen Flüsse stark in den hervorstehenden Abschnitt verteilt sind, da der magnetische Widerstand in solch einem hervorstehenden Abschnitt klein ist.
10A und 10B sind Diagramme, die eine experimentelle Umgebung veranschaulichen, in der EMI unter Verwendung einer Übertragungsvorrichtung, auf den verschiedene Ferrit-Strukturen gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung angewendet werden, ausgewertet wird.
Mit Bezug auf 10A können physikalische Bereiche zum Messen der magnetischen Flussdichte, gesehen von der Oberseite des Fahrzeugs, identifiziert werden. Außerdem können, mit Bezug auf 10B physikalische Bereiche zum Messen der magnetischen Flussdichte, gesehen von der Vorderseite des Fahrzeugs, identifiziert werden. Speziell kann ein Bereich 2a als Bereich um das Fahrzeug ein Bereich sein, der sich weniger als 70 cm vom Boden befindet. Außerdem kann ein Bereich 2b als Bereich um das Fahrzeug ein Bereich sein, der sich nicht weniger als 70 cm Boden befindet. Außerdem kann ein Bereich 3 ein Bereich im Inneren des Fahrzeugs sein.
Die Ergebnisse der magnetischen Flussdichtemessung, wenn die Übertragungsvorrichtung, die verschiedenen Ferrit-Strukturen gemäß 6 haben, auf die Bereiche 2A, 2-D und drei, spezifiziert mit Bezug auf die 10A und 10B, angewendet werden, sind in Tabelle 2 gezeigt. Tabelle 2

Struktur/Bereich erster zweiter dritter vierter fünfter

2a 4,312 4,462 4,571 3,790 4,401

2b 1,831 1,896 1,954 1,631 1,870

3 40,181 43,332 41,802 34,926 39,565
Mit Bezug auf 2 können, wenn eine Leistung von 3,3 kW, was die maximale Lastbedingung ist, übertragen wird, die Ergebnisse der magnetischen Flussdichtemessung in den Bereichen 2a, 2b und 3, spezifiziert in den 10A und 10B bestätigt werden. Da die Messbereiche 2a, 2b und 3 den Bereichen entsprechen, die die Sicherheit des Benutzers gewährleisten müssen, stellt der Standard für drahtloses Laden J2954 Richtlinien für die Freisetzung des elektrischen und magnetischen Felds (IMF) bereit. Deshalb kann es mit Bezug auf die Ergebnisse von Tabelle 2 ermittelt werden, dass die vierte Ausführungsform die niedrigste magnetische Flussdichte hat und deshalb die Sicherheit exzellent ist. Das heißt, es kann erklärt werden, dass die vierte Ausführungsform die beste EMI-Charakteristik hat.
Im Folgenden wird die Ferrit-Struktur gemäß der vierten Ausführungsform (d.h. die Struktur, in der der zentrale Abschnitt des Ferrits mit einer Nut versehen ist) mit der besten EMI-Charakteristik basierend auf den relativen Positionen des Ferrits und der Spule getestet und die optimale Ferrit-Struktur wird vorgeschlagen.
11A bis 11B sind Diagramme, die Ferrit-Strukturen veranschaulichen, die durch unterteilen der Ferrit-Strukturen gemäß der vierten Ausführungsform von 6 durch die relativen Positionen der Spulen und der Ferrite erhalten werden. Hier kann als Beispiel die Breite der Spule 60 mm sein, die Anzahl der Windungen der Spule kann 20 sein und die Breite des Ferrits mit der Nut in der Mitte kann 120 mm sein.
Mit Bezug auf 11a ist in einer Drahtlos-Ladevorrichtung (vierte Ausführungsform von 6 mit dem Platten--Ferrit mit einer Nut in dem zentralen Abschnitt die Spule derart angeordnet, dass die äußere Oberfläche der Spule und die äußere Oberfläche des Platten-Typ-Ferrits auf derselben vertikalen Ebene sind.
Mit Bezug auf 11B ist in einer Drahtlos-Ladevorrichtung (vierte Ausführungsform von 6) mit dem Platten-Typ-Ferrit mit einer Nut in dem zentralen Abschnitt die Spule derart angeordnet, dass sie einen gleichmäßigen Abstand (beispielsweise 30 mm) zwischen der äußeren Oberfläche des Platten-Typ-Ferrits und dem Rand der Nut hat.
Mit Bezug auf 11C ist in einer Drahtlos-Ladevorrichtung (vierte Ausführungsform von 6) mit dem Platten-Typ-Ferrit mit einer Nut in dem zentralen Abschnitt die Spule derart angeordnet, dass die innere Oberfläche der Spule und der Rand der Nut auf derselben vertikalen Ebene sind.
Im Folgenden wird auf eine Drahtlos-Ladevorrichtung mit der Struktur gemäß 11A als Ausführungsform 4-1, eine Drahtlos-Ladevorrichtung mit der Struktur gemäß 11B als Ausführungsform 4-2 und auf eine Drahtlos-Ladevorrichtung mit der Struktur gemäß 11C als Ausführungsform 4-3 Bezug genommen.
Die elektromagnetischen Eigenschaften wurden unter Verwendung der Drahtlos-Ladevorrichtungen gemäß Ausführungsformen 4-1, 4-2 und 4-3 als Übertragungsvorrichtung getestet, wie in den Figuren drei und vier unten gezeigt hierbei hat der Empfangsvorrichtung ein Platten-Typ-Ferrit und die grundlegenden Spezifikationen außer die Ferrit-Strukturen der Übertragungsvorrichtung und der Empfangsvorrichtung folgen den oben beschriebenen detaillierten Spezifikationen gemäß Tabelle 1. Tabelle 3

Struktur/Messung 4-1 4-2 4-3

L_p (µH) 409,47 363,47 281,54

L_S (µH) 151,56 145,11 152,75

k 0,0792 0,0793 0,1153
Mit Bezug auf 3, wobei der x-Achsen-und y-Achsen-Trennungsabstand gemäß 3 auf 100 mm gesetzt sind können die Induktivitätseigenschaften L_p und L_S und der Kopplungskoeffizient K der Drahtlos-Ladevorrichtungen gemäß den Ausführungsformen 4-1 bis 4-3 bestätigt werden. Insbesondere kann bestätigt werden, dass die Drahtlos-Ladevorrichtung gemäß der Ausführungsform 4-3 den besten Kopplungskoeffizienten K hat, aber dass die magnetische Induktivitäten L_p der Drahtlos-Ladevorrichtung gemäß der Ausführungsform 4-3 am niedrigsten ist. Tabelle 4

Struktur/Bereich 4-1 4-2 4-3

2a 5,107 4,312 3,190

2b 2,018 1,831 1,323

3 45,001 40,181 31,916
Mit Bezug auf 4 kann erkannt werden, dass die magnetischen Flussdichten (Einheit: µT) der Drahtlos-Ladevorrichtungen gemäß den Ausführungsformen 4-1 bis 4-3 unter der experimentellen Positionsbedingung, die in 10 gezeigt ist, gemessen werden. Insbesondere kann gesehen werden, dass die beste EMI-Charakteristik erhalten wird, da die Drahtlos-Ladevorrichtung gemäß der Ausführungsform 4-3 die geringste magnetische Flussdichte in all den Bereichen 2a, 2b und 3 hat.
Jedoch ist, da die Drahtlos-Ladevorrichtung gemäß der Ausführungsform 4-3 hinsichtlich Kopplungskoeffizient und EMI-Charakteristik überlegen ist aber eine kleine magnetische Induktivität hat, ein größerer Strom erforderlich, um dieselbe Menge von magnetischem Fluss zu erzeugen wie bei anderen Typen von Drahtlos-Ladevorrichtungen. Deshalb kann bei der Drahtlos-Ladevorrichtung gemäß der Ausführungsform 4-3 der Energieverlust aufgrund des größeren Stroms sich erhöhen, sodass die Effizienz sich verringern kann.
Außerdem kann sich, da die von der Spule belegte Fläche bei der Drahtlos-Ladevorrichtung gemäß der Ausführungsform 4-3 am kleinsten ist, der Kopplungskoeffizient schnell verringern, wenn x-Achsen-und/oder y-Achsentrennung auftritt. Dementsprechend kann es schwieriger werden, den x-Achsen-Trennungsabstand von 75 mm und den y-Achsen-Trennungsabstand von 100 mm einzuhalten, was die Trennungsbedingungen sind, die bei dem EV WPT erfüllt werden müssen.
Unter Berücksichtigung der oben beschriebenen Vorteile und Nachteile kann die Drahtlos-Ladevorrichtung, die die x-Achsen-und/oder y-Achsen-Trennungsbedingungen erfüllt und geeignete EMI-Eigenschaften hat die Drahtlos-Ladevorrichtung gemäß der Ausführungsform 4-2 sein.
Die Verfahren gemäß den Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung können als Programminstruktionen implementiert werden, die von verschiedenen Computern ausgeführt werden und auf einem Computer-lesbaren Medium gespeichert sind. Das Computer-lesbaren Medium kann eine Programminstruktion, eine Datendatei, eine Datenstruktur oder eine Kombination davon enthalten. Die auf dem Computer-lesbaren Medium gespeicherten Programminstruktionen können speziell für eine exemplarische Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung entworfen und eingerichtet sein und können öffentlich bekannt und zugänglich für den Fachmann im Bereich der Computer Software sein.
Beispiele für das Computer lesbare Medium kann eine Hardware-Vorrichtung inklusive ROM, RAM und Flash-Speicher beinhalten, die zum Speichern und Ausführen der Programminstruktionen eingerichtet sind, sein. Beispiele für die Programminstruktionen beinhalten Maschinencode, beispielsweise von einem Compiler gemacht, sowie Hochsprachen-Code, der von einem Computer unter Verwendung eines Interpreters ausführbar ist. Die obige exemplarische Hardwarevorrichtung kann eingerichtet sein, als zumindest ein Softwaremodul zum Durchführen des Betriebs der vorliegenden Offenbarung und umgekehrt. Außerdem können das oben beschriebene Verfahren und die oben beschriebene Vorrichtung durch kombinieren von allem oder einem Teil der Struktur oder Funktionen implementiert werden oder können getrennt implementiert werden.
Während die Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung und ihre Vorteile im Detail beschrieben wurden, sollte verstanden werden, dass verschiedene Änderungen, Ersetzungen und Abänderungen hierin gemacht werden können, ohne von dem Bereich der vorliegenden Offenbarung abzuweichen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

KR 1020180005940 [0001]

Claims

Drahtlos-Ladevorrichtung (21) zum Übertragen von Drahtlos-Energie an ein elektrisches Fahrzeug (10), wobei die Drahtlos-Ladevorrichtung (21) aufweist: Ein Platten-Typ-Ferrit (21c); und eine Spule (21d), die auf einem oberen Teil des Platten-Typ-Ferrits (21c) angeordnet ist, wobei das Platten-Typ-Ferrit (21c) ein erstes Ferrit-Element (21c) aufweist, das ein Inneres eines Bereichs, der von einer inneren Oberfläche der Spule (21d) definiert wird, belegt, und ein zweites Ferrit-Element (21c) aufweist, das ein Äußeres eines Bereichs, der von einer äußeren Oberfläche der Spule (21d) definiert wird, belegt, und wobei das erste Ferrit-Element (21c) einen hervorstehenden Abschnitt hat, der in Richtung der inneren Oberfläche der Spule (21d) zeigt.
Die Drahtlos-Ladevorrichtung (21) gemäß Anspruch 1, ferner aufweisend ein flaches Aluminiumschild (21b) vom Plattentyp, das in einem unteren Teil des Platten-Typ-Ferrits (21c) angeordnet ist.
Die Drahtlos-Ladevorrichtung (21) gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die Spule (21d) einen gleichmäßigen Abstand zu dem hervorstehenden Abschnitt des ersten Ferrit-Elements (21c) und einer äußeren Oberfläche des zweiten Ferrit-Elements (21c) hat.
Drahtlos-Ladevorrichtung (21) zum Übertragen von Drahtlos-Energie an ein elektrisches Fahrzeug (10), wobei die Drahtlos-Ladevorrichtung (21) aufweist: Ein Platten-Typ-Ferrit (21c); und eine Spule (21d), die auf einem oberen Teil des Platten-Typ-Ferrits (21c) angeordnet ist, wobei das Platten-Typ-Ferrit (21c) ein erstes Ferrit-Element (21c) aufweist, das ein Inneres eines Bereichs, der von einer inneren Oberfläche der Spule (21d) definiert wird, belegt, und ein zweites Ferrit-Element (21c) aufweist, das ein Äußeres eines Bereichs, der von einer äußeren Oberfläche der Spule (21d) definiert wird, belegt, und wobei das zweite Ferrit-Element (21c) eine Wandform hat, die die äußere Oberfläche der Spule (21d) umgibt.
Die Drahtlos-Ladevorrichtung (21) gemäß Anspruch 4, wobei der Abstand zwischen der inneren Oberfläche der Spule (21d) und der äußeren Oberfläche der Spule 60 mm ist.
Drahtlos-Ladevorrichtung (21) zum Übertragen von Drahtlos-Energie an ein elektrisches Fahrzeug (10), wobei die Drahtlos-Ladevorrichtung (21) aufweist: ein Platten-Typ-Ferrit (21c); und eine Spule (21d), die auf einem oberen Teil des Platten-Typ-Ferrits (21c) angeordnet ist, wobei das Platten-Typ-Ferrit (21c) ein erstes Ferrit-Element (21c) aufweist, das ein Inneres eines Bereichs, der von einer inneren Oberfläche der Spule (21d) definiert wird, belegt, und ein zweites Ferrit-Element (21c) aufweist, das ein Äußeres eines Bereichs, der von einer äußeren Oberfläche der Spule (21d) definiert wird, belegt, und wobei das erste Ferrit-Element (21c) eine Nut in einem zentralen Abschnitt des ersten Ferrit-Elements (21c) aufweist.
Die Drahtlos-Ladevorrichtung (21) gemäß Anspruch 6, wobei das erste Ferrit-Element (21c) eine Wandform hat, die von der inneren Oberfläche der Spule (21d) zwischen einem Rand der Nut und der inneren Oberfläche der Spule (21d) umgeben ist.
Die Drahtlos-Ladevorrichtung (21) gemäß Anspruch 7, wobei das zweite Ferrit-Element (21c) eine Wandform hat, die die äußere Oberfläche der Spule (21d) umgibt.
Die Drahtlos-Ladevorrichtung (21) gemäß einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei die Spule (21d) derart angeordnet ist, dass eine äußere Oberfläche des Platten-Typ-Ferrits (21c) und die äußere Oberfläche der Spule (21d) auf derselben vertikalen Ebene sind.
Die Drahtlos-Ladevorrichtung (21) gemäß einem der Ansprüche 6 bis 9, wobei die Spule (21d) einen gleichmäßigen Abstand zu einer äußeren Oberfläche des Platten-Typ-Ferrits (21c) und einem Rand der Nut hat.
Die Drahtlos-Ladevorrichtung (21) gemäß einem der Ansprüche 6 bis 10, wobei die Spule (21d) derart angeordnet ist, dass ein Rand der Nut und die innere Oberfläche der Spule (21d) auf derselben vertikalen Ebene sind.
Die Drahtlos-Ladevorrichtung (21) gemäß einem der Ansprüche 6 bis 11, wobei die Drahtlos-Ladevorrichtung (21) eine Übertragungsvorrichtung zum Übertragen von Drahtlos-Energie an eine Empfangsvorrichtung (11), die in dem elektrischen Fahrzeug (10) vorgesehen ist, ist.
Die Drahtlos-Ladevorrichtung (21) gemäß einem der Ansprüche 6 bis 12, ferner aufweisend ein flaches Aluminiumschild (21b) vom Platten-Typ, das in einem unteren Teil des Platten-Typ-Ferrits (21c) angeordnet ist.
Die Drahtlos-Ladevorrichtung (21) gemäß einem der Ansprüche 6 bis 13, wobei ein Abstand zwischen der inneren Oberfläche der Spule (21d) und der äußeren Oberfläche der Spule (21d) 60 mm ist.