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Die Erfindung betrifft eine Ladevorrichtung zum drahtlosen Aufladen eines elektrischen Energiespeichers eines mobilen Endgeräts, wobei die Ladevorrichtung eine Ladeelektronik und ein Gehäuse aufweist, in welchem die Ladeelektronik angeordnet ist. Darüber hinaus weist das Gehäuse eine erste Seite auf, die Oberseite definiert, und die einen Auflagebereich zum Auflegen des mobilen Endgeräts bereitstellt. Zudem weist das Gehäuse mindestens eine Lufteintrittsöffnung und mindestens eine Luftaustrittsöffnung auf. Weiterhin weist die Ladevorrichtung eine Luftfördereinrichtung auf, die dazu ausgelegt ist, Luft durch die mindestens eine Lufteintrittsöffnung anzusaugen und die durch die mindestens eine Lufteintrittsöffnung angesaugte Luft nach Durchlaufen eines ersten Luftförderpfads, der von der mindestens einen Lufteintrittsöffnung durch das Gehäuse bis zur mindestens einen Luftaustrittsöffnung verläuft, aus der mindestens einen Luftaustrittsöffnung auszublasen. Zur Erfindung gehört auch ein Kraftfahrzeug mit einer solchen Ladevorrichtung.
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Ladevorrichtungen zum drahtlosen Aufladen, insbesondere zum induktiven Laden mobiler Kommunikationsgeräte oder im Allgemeinen mobiler Endgeräte, sind aus dem Stand der Technik bekannt. Dabei kann ein mobiles Endgerät beispielsweise auf eine Auflagefläche einer solchen Ladevorrichtung aufgelegt werden und mittels eines durch eine Primärspule der Ladevorrichtung erzeugten magnetischen Wechselfelds ein Ladestrom in eine Sekundärspule, die sich im mobilen Endgerät befindet, induziert werden und dadurch der Akkumulator des mobilen Endgeräts geladen werden. Bei solchen Ladevorgängen entsteht unweigerlich Verlustwärme. Diese führt zur Erwärmung der Ladeelektronik der Ladevorrichtung sowie auch zur Erwärmung des mobilen Endgeräts. Bekanntermaßen verfügen mobile Endgeräte, wie zum Beispiel Mobiltelefone, Smartphones, Tablet-PCs, oder ähnliches, über eine eigene Temperaturüberwachung, wodurch ab Erreichen oder Überschreiten einer vorgebbaren Grenztemperatur bei dem mobilen Endgerät die Prozessorleistung verringert und/oder die Ladestromstärke begrenzt wird. Wird diese Grenztemperatur um einen vorgebbaren Wert überschritten, werden die mobilen Endgeräte vollständig abgeschaltet, um eine Beschädigung des mobilen Endgeräts oder Komponenten davon zu verhindern. Die durch den Ladevorgang bedingte Erwärmung des mobilen Endgeräts kann die Dauer des Ladevorgangs damit unter Umständen enorm in die Länge ziehen. Um einer zu starken Erwärmung eines mobilen Endgeräts entsprechend beim Ladevorgang entgegenzuwirken, kommen üblicherweise in Ladevorrichtungen Kühlmechanismen, wie zum Beispiel Lüfter, zum Einsatz.
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Beispielsweise beschreibt die
CN 204696773 U ein Gerät zum drahtlosen Laden eines Mobiltelefons mit einer Klimaanlage. Das Gerät umfasst eine Magnetspule, die zum drahtlosen Laden des Mobiltelefons dient, wobei ein Lüfter zur Kühlung des Mobiltelefons vorgesehen ist. Dieser Lüfter saugt Luft von einer Unterseite des Geräts ein und bläst diese durch entsprechende Luftaustrittslöcher auf der Oberseite des Geräts, welche gleichzeitig eine Aufnahme für das Mobiltelefon bereitstellt, aus.
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Weiterhin beschreibt die
DE 10 2014 009 724 A1 eine Aufladevorrichtung für einen Kraftwagen zum drahtlosen Aufladen eines mobilen Endgeräts, die mit einem Anschluss versehen ist, durch welchen Kühlluft durch eine Klimaanlage des Kraftwagens in die Aufladeeinrichtung eingebracht wird. Alternativ kann auch ein Gebläse zum Ansaugen von Luft aus einem Fahrzeuginnenraum des Kraftwagens vorgesehen sein.
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Weiterhin beschreibt die
DE 10 2016 001 468 A1 ein Motorrad mit einem Staufach zum Verstauen eines portablen, mobilen Endgeräts. Das Staufach umfasst eine Einrichtung zum drahtlosen Laden des mobilen Endgeräts und eine Lufteinlassöffnung, durch welche ein Fahrtwind in das Staufach geleitet wird. Mittels des Kühlluftstroms kann entsprechend eine Wärmeenergie aus dem Verstaufach heraus in die Umgebung des Motorrads abgeführt werden. Eine Nutzung von Fahrtwind als Kühlluftstrom ist jedoch bei der Verwendung einer Ladevorrichtung in einem Personenkraftwagen nicht möglich.
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Ein weiteres Problem bei der Kühlung während des Ladevorgangs besteht zudem auch darin, dass nunmehr auch zunehmend Schnellladefunktionen zum Laden mobiler Endgeräte bereitgestellt werden sollen. Dies geht mit der Bereitstellung einer erhöhten Ladeleistung und nachteiligerweise wiederum mit einer deutlich höheren Verlustwärme einher, was wiederum verbesserte Kühlmechanismen erforderlich macht, um solche Schnellladefunktionen überhaupt effizient nutzen zu können und ein vorzeitiges Unterbrechen des Ladevorgangs bei zu starker Erwärmung des Endgeräts zu verhindern. Effizientere Kühlmechanismen, wie beispielsweise das Vorsehen von größeren Lüftern, erfordern jedoch üblicherweise auch mehr Bauraum. Andere Maßnahmen, wie beispielsweise die oben beschriebene Nutzung der Kühlluft aus einer Klimaanlage, sind jedoch wiederum mit deutlichen Komforteinbußen für den Nutzer verbunden, da die mitunter sehr stark durch die Klimaanlage gekühlte Luft beim Ausblasen in die Umgebung für den Nutzer als sehr unangenehm empfunden werden kann.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Ladevorrichtung zum drahtlosen Laden eines elektrischen Energiespeichers eines mobilen Endgeräts und ein Kraftfahrzeug mit einer solchen Ladevorrichtung bereitzustellen, welcher eine möglichst effiziente Kühlung bei gleichzeitig möglichst geringem Bauraum und mit möglichst wenig Komforteinbußen für einen Benutzer ermöglichen.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Ladevorrichtung und ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen gemäß den jeweiligen unabhängigen Ansprüchen. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche, der Beschreibung sowie der Figuren.
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Eine erfindungsgemäße Ladevorrichtung zum drahtlosen Aufladen eines elektrischen Energiespeichers eines mobilen Endgeräts weist eine Ladeelektronik und ein Gehäuse auf, in welchem die Ladeelektronik angeordnet ist. Darüber hinaus weist das Gehäuse eine erste Seite auf, die eine Oberseite definiert, die einen Auflagebereich zum Auflegen des mobilen Endgeräts bereitstellt. Des Weiteren weist das Gehäuse mindestens eine Lufteintrittsöffnung und mindestens eine Luftaustrittsöffnung auf, wobei die Ladevorrichtung weiterhin eine Luftfördereinrichtung, zum Beispiel einen Lüfter, aufweist, die dazu ausgelegt ist, Luft durch die mindestens eine Lufteintrittsöffnung anzusaugen und die durch die mindestens eine Lufteintrittsöffnung angesaugte Luft nach Durchlaufen eines ersten Luftförderpfads, der von der mindestens einen Lufteintrittsöffnung durch das Gehäuse bis zur mindestens einen Luftaustrittsöffnung verläuft, aus der mindestens einen Luftaustrittsöffnung auszublasen. Erfindungsgemäß ist die mindestens eine Lufteintrittsöffnung in der Oberseite des Gehäuses angeordnet.
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Die Erfindung beruht dabei auf der Erkenntnis, dass eine bewährte Position für die Ladevorrichtung im Kraftfahrzeug die Mittelkonsole darstellt. Die Ladevorrichtung kann zum Beispiel in einem Staufach in der Mittelkonsole positioniert werden oder auch neben einem solchen Staufach oder neben dem Gangwahlhebel oder ähnlichem. Üblicherweise befindet sich jedoch in einer solchen Einbauposition der Ladevorrichtung direkt darunter ein Luftkanal für die Fondpassagiere des Kraftfahrzeugs. Dort können vornehmlich im Winter Temperaturen bis 60 Grad Celsius herrschen. Würde entsprechend die Lufteintrittsöffnung für die Ladevorrichtung, so wie dies im Stand der Technik üblich ist, an einer Unterseite der Ladevorrichtung, die diesem Luftkanal für die Fondpassagiere zugewandt ist, vorgesehen sein, so könnte gerade im Winter, wenn der Luftkanal von sehr warmer Luft durchströmt wird, durch die Kühleinrichtung der Ladevorrichtung auch nur warme Luft angesaugt werden, was natürlich für die Kühlung während des Ladevorgangs kontraproduktiv wäre. Darüber hinaus muss zu einem Lüfter, wenn dieser effizient Luft ansaugen soll, immer ein gewisser Abstand zu anderen Bauteilen des Kraftfahrzeugs eingehalten werden. Entsprechend würde eine unterseitig an der Ladevorrichtung angeordnete Lufteintrittsöffnung einen Bauraum in die Tiefe von mindestens einem Zentimeter benötigen. Dieser Bauraum bleibt entsprechend vollständig ungenutzt. Dadurch, dass jedoch erfindungsgemäß die mindestens eine Lufteintrittsöffnung in der Oberseite des Gehäuses der Ladevorrichtung vorgesehen ist, können diese Nachteile vorteilhafterweise alle vermieden werden. Wenn also die Luftansaugung von oben erfolgt, so muss nach unten hin auch kein entsprechender Bauraum freigehalten werden, wodurch die Ladevorrichtung besonders bauraumeffizient mit ihrer Unterseite an jedem beliebigen Bauteil im Kraftfahrzeug angeordnet werden kann, vorzugsweise in der Mittelkonsole oder einem Staufach der Mittelkonsole. Auch die Führung von warmer Luft durch den Luftkanal in der Mittelkonsole ist dann unerheblich, da nunmehr Luft aus dem Innenraum von oben in das Gehäuse der Ladevorrichtung und damit von diesem Luftkanal abgewandt eingesaugt werden kann. Entsprechend ist zur Bereitstellung ausreichend kühler Luft vorteilhafterweise auch keine Anbindung an eine Klimaanlage erforderlich, um eine effiziente Kühlung bereitzustellen. Indem also die Lufteintrittsöffnung in der Oberseite des Gehäuses der Ladevorrichtung vorgesehen ist, kann eine besonders effiziente Kühlung auf besonders bauraumeffiziente Weise und ohne irgendwelche Komforteinbußen für Benutzer bereitgestellt werden. Insbesondere sind damit auch keine weiteren, die Kühleffizienz steigernde Komponenten, wie zum Beispiel zusätzliche Kühlplatten erforderlich. Dies führt wiederum zu einer kompakteren Ausbildungsmöglichkeit der Ladevorrichtung.
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Vorzugsweise ist auch die mindestens eine Luftaustrittsöffnung in der Oberseite des Gehäuses angeordnet, was eine besonders effiziente Luftführung erlaubt und insbesondere eine besonders effektive Kühlung sowohl der Ladeelektronik der Ladevorrichtung als auch des zu ladenden mobilen Endgeräts.
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Der Begriff Oberseite bezieht sich im Rahmen der vorliegenden Erfindung vorzugsweise auf die bestimmungsgemäße Einbaulage der Ladevorrichtung in einem Kraftfahrzeug. Diese Begriff soll jedoch nicht darauf beschränkt ausgelegt werden. Die Ladevorrichtung kann auch so im Kraftfahrzeug angeordnet werden, dass die erste Seite des Gehäuses, welche den Auflagebereich bereitstellt und die mindestens eine Lufteintrittsöffnung sowie vorzugsweise auch die mindesten eine Luftaustrittsöffnung umfasst, nicht nach oben, d.h. in Richtung der Fahrzeughochachse, ausgerichtet ist, sondern zum Beispiel seitlich.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die Oberseite zwei gegenüberliegende und die Oberseite in ihrer Länge begrenzende Randbereiche auf, wobei die mindestens eine Lufteintrittsöffnung in einem der zwei Randbereiche angeordnet ist und die mindestens eine Luftaustrittsöffnung in dem anderen der beiden Randbereiche angeordnet ist. Somit kann die angesaugte Luft von einem Randbereich zum anderen Randbereich durch das gesamte Gehäuse hindurch geführt werden, was eine besonders effiziente Kühlung der Ladevorrichtung bereitstellt. Sowohl die mindestens eine Lufteintrittsöffnung als auch die mindestens eine Luftaustrittsöffnung sind dabei bevorzugt schlitzförmig ausgebildet und weisen eine Längserstreckungsrichtung in Richtung der Breite der Oberseite, die sich senkrecht zur Länge der Oberseite erstreckt, auf. Vorteilhaft ist es dabei, wenn sich die Lufteintrittsöffnung und die Luftaustrittsöffnung nahezu über die gesamte Breite der Oberseite erstrecken, zum Beispiel über mindestens 50 Prozent, vorzugsweise über mindestens 80 Prozent der Breite. Hierdurch kann möglichst viel Luft angesaugt und damit zur Kühlung verwendet werden. Es können auch jeweils mehrere Lufteintrittsöffnungen und mehrere Luftaustrittsöffnungen vorgesehen sein, jedoch ist es bevorzugt, dass nur eine Lufteintrittsöffnung und eine Luftaustrittsöffnung in der Oberseite vorgesehen ist. Hierdurch lässt sich eine effiziente Kühlung bei äußerst geringem konstruktivem Aufwand bereitstellen.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist der Auflagebereich mindestens zwei sich in Richtung der Länge der Oberseite erstreckende Erhebungen auf, die in Richtung der Breite des Gehäuses, welche, wie beschreiben, eine Richtung senkrecht zur Länge definiert, nebeneinander und mit einem vorbestimmten Abstand zueinander angeordnet sind, sodass, wenn das mobile Endgerät auf den Auflagebereich aufgelegt ist, mindestens ein mit Luft durchströmbarer Luftkanal zwischen den mindestens zwei Erhebungen gebildet ist. Die Gehäuseoberseite kann zum Beispiel eine zumindest im Auflagebereich ausgebildete rillenförmige Struktur aufweisen, zum Besipiel mit Rillen, die sich vorzugsweise geradlinig in Längrichtung der Ladevorrichtung, zum Beispiel parallel zueinander, erstrecken. Hierdurch kann eine besonders effiziente Kühlung des mobilen Endgeräts bereitgestellt werden. Wird das mobile Endgerät auf den Auflagebereich aufgelegt, so liegt dieses nicht mit seiner kompletten Unterseite flächig auf dem Auflagebereich auf, sondern lediglich auf den Erhebungen im Auflagebereich, während die zwischen den Erhebungen befindlichen und tieferliegenden Flächen der Oberseite des Gehäuses von der der Ladevorrichtung zugewandten Seite des mobilen Endgeräts nicht berührt werden. Hierdurch kann Wärme vom mobilen Endgerät in Richtung der Oberseite der Ladevorrichtung deutlich einfacher abgegeben werden. Dadurch, dass die so gebildeten Luftkanäle von Luft durchströmbar sind, kann die so vom mobilen Endgerät abgegebene Wärme zusätzlich besonders effizient abtransportiert werden.
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Daher stellt es eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung dar, wenn der mindestens eine Luftkanal, der wie beschrieben zwischen den mindestens zwei Erhebungen gebildet ist, einen zweiten Luftförderpfad bereitstellt, der sich an den ersten Luftförderpfad anschließt. Mit anderen Worten durchläuft die von der Luftfördereinrichtung geförderte Luft, die in die mindestens eine Lufteintrittsöffnung angesaugt und aus der mindestens einen Luftaustrittsöffnung ausgeblasen wird, nicht nur das Innere des Gehäuses, sondern durchläuft zudem auch den mindestens einen, vorzugsweise auch mehrere zwischen den Erhebungen der Gehäuseoberseite gebildeten Luftkanäle. Dies lässt sich auf besonders vorteilhafte Weise durch die zwei nachfolgend beschriebenen Varianten bewerkstelligen.
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Gemäß einer ersten vorteilhaften Variante schließt sich der zweite Luftförderpfad derart an den ersten Luftförderpfad an, dass im Falle, dass das mobile Endgerät auf den Auflagebereich aufgelegt ist, die im Betrieb der Luftfördereinrichtung aus der mindestens einen Luftaustrittsöffnung ausgeblasene Luft zumindest zum Teil, insbesondere zum Großteil, in den mindestens einen Luftkanal eingeblasen wird. Im Betrieb der Luftfördereinrichtung wird also beispielsweise zunächst die Luft aus der Umgebung in die mindestens eine Lufteintrittsöffnung in der Oberseite des Gehäuses eingesaugt, durchläuft das Innere des Gehäuses, wird aus der gegenüberliegenden mindestens einen Luftaustrittsöffnung ausgeblasen, und zwar in die zwischen den Erhebungen befindlichen Luftkanäle hinein, durchläuft diese Luftkanäle bis zum Ende, und verlässt diese quasi wiederum im Randbereich der Oberseite, in welchem auch die mindestens eine Lufteintrittsöffnung angeordnet ist. Es ist also besonders vorteilhaft, wenn die mindestens eine Luftaustrittsöffnung so ausgebildet ist, dass die Luft aus der mindestens einen Luftaustrittsöffnung zumindest zum Teil in Richtung der Länge der Oberseite des Gehäuses ausgeblasen wird. Dies kann durch eine entsprechende Ausbildung des Gehäuses, zum Beispiel mit entsprechenden Luftleitelementen zur gezielten Luftführung auf einfache Weise bewerkstelligt werden. Dadurch wird vorteilhafterweise eine gerichtete Luftführung bereitgestellt, und ein Luftstau, der die Wärmeabfuhr hemmt, effizient verhindert.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Variante der Erfindung schließt sich der zweite Luftförderpfad derart an den ersten Luftförderpfad an, dass im Fall, dass das mobile Endgerät auf den Auflagebereich aufgelegt ist, die im Betrieb der Luftfördereinrichtung in die mindestens eine Lufteintrittsöffnung eingesaugte Luft zumindest zum Teil, insbesondere zum Großteil, aus dem mindestens einen Luftkanal in die mindestens eine Lufteintrittsöffnung eingesaugt wird. In diesem Fall wird also nicht die aus der mindestens einen Luftaustrittsöffnung ausgeblasene Luft in die Luftkanäle eingeblasen, sondern stattdessen die Luft aus den Luftkanälen durch die mindestens eine Lufteintrittsöffnung in das Gehäuse eingesaugt. Es wird also die Luft aus der Umgebung zunächst in die Luftkanäle eingesaugt, durchläuft diese, wird anschließend in die mindestens eine Lufteintrittsöffnung eingesaugt, durchläuft das Innere des Gehäuses und tritt am anderen Ende durch die mindestens eine Luftaustrittsöffnung wieder aus dem Gehäuse aus und wird wieder an die Umgebung abgegeben. Auch dies führt vorteilhafterweise zu einem Luftstrom durch die Luftkanäle, durch welchen die vom mobilen Endgerät abgegebene Wärme besonders effizient abgeführt werden kann.
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Damit die Luft aus den Luftkanälen möglichst effizient in die mindestens eine Lufteintrittsöffnung eingesaugt werden kann, ist es vorteilhaft, wenn diese mindestens eine Lufteintrittsöffnung nicht nur als zur Oberseite des Gehäuses senkrechte Durchbrechung ausgebildet ist, sondern zum Beispiel ausgehend von einem Ende der Luftkanäle schräg in das Innere des Gehäuses verläuft. Gleiches gilt für die mindestens eine Luftaustrittsöffnung im Falle der oben beschriebenen ersten Variante, bei welcher die durch die mindestens eine Luftaustrittsöffnung ausgeblasene Luft in die Luftkanäle eingeblasen wird.
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Daher stellt es eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung dar, wenn der erste Luftförderpfad so ausgebildet ist, dass dieser in einem Winkel bezüglich des Auflagebereichs in die mindestens eine Luftaustrittsöffnung und/oder die mindestens eine Lufteintrittsöffnung mündet, der zwischen einschließlich 0 Grad und ausschließlich 90 Grad, insbesondere zwischen 0 Grad und 70 Grad, besonders bevorzugt zwischen 0 Grad und 45 Grad, liegt. Durch diese schräg verlaufenden Luftpfade kann eine besonders effiziente und gezielte Luftansaugung aus den Luftkanälen beziehungsweise ein besonders effizientes Einblasen von Luft in die Luftkanäle bewerkstelligt werden.
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Weiterhin kann die Luftfördereinrichtung beispielsweise als Lüfter beziehungsweise Ventilator ausgebildet sein. Beispielsweise kann die Luftfördereinrichtung als Axiallüfter ausgebildet sein, der im ersten Luftförderpfad angeordnet ist, wobei sich dann eine Achse des Axiallüfters entlang der Länge des Gehäuses erstreckt. Aber auch beliebig andere Lüftervarianten können hier zum Einsatz kommen. Auch kann die Luftfördereinrichtung an beliebiger Stelle des ersten Luftförderpfads angeordnet sein, zum Beispiel auch im Bereich der Lufteintrittsöffnung oder der Luftaustrittsöffnung. Besonders vorteilhaft ist es jedoch, wenn die Luftfördereinrichtung an einer von der mindestens einen Lufteintrittsöffnung und der mindestens einen Luftaustrittsöffnung verschiedenen Position des ersten Luftförderpfads angeordnet ist. Die Luftfördereinrichtung kann beispielsweise in einem zentralen Bereich zwischen den beiden Randbereichen im Gehäuse unterhalb der Ladeelektronik angeordnet sein. Dies hat gleich mehrere Vorteile. Zum einen ermöglicht dies eine besonders bauraumeffiziente Anordnung der Luftfördereinrichtung, da hier zur Anordnung eines Lüfters ohnehin genug Raum zur Verfügung steht ohne das Gehäuse zum Beispiel länger oder breiter ausbilden zu müssen. Zum anderen erzeugen Luftfördereinrichtungen wie zum Beispiel Lüfter immer einen gewissen Geräuschpegel. Dadurch, dass die Luftfördereinrichtung nicht in einem Luftein- oder Luftaustrittsbereich angeordnet ist, sondern innerhalb des Gehäuses, kann somit vorteilhafterweise das durch die Luftfördereinrichtung erzeugte Geräusch zum Teil durch das Gehäuse und insbesondere auch durch die darüber befindliche Ladeelektronik abgeschirmt werden.
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Weiterhin ist es bevorzugt, dass die Ladeelektronik zur Bereitstellung einer Ladeleistung von 15 Watt ausgebildet ist. Dies ermöglicht vorteilhafterweise Schnellladefunktionen, was durch die besonders effiziente Kühlung, wie sie durch die Erfindung oder ihre Ausgestaltungen bereitgestellt wird, problemlos möglich ist.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die Ladevorrichtung zumindest einen Temperatursensor und eine Steuereinrichtung auf, wobei die Steuereinrichtung dazu ausgelegt ist, während eines Ladevorgangs die Luftfördereinrichtung automatisch zu aktivieren, sobald ein mittels des mindestens einen Temperatursensors erfasster Temperaturwert einen vorbestimmten ersten Grenzwert überschreitet, und insbesondere auch die aktivierte Luftfördereinrichtung während eines Ladevorgangs automatisch zu deaktivieren, sobald ein mittels des mindestens einen Temperatursensors erfasster Temperaturwert den ersten oder auch einen zweiten vorbestimmten Grenzwert unterschreitet. Die erste Grenztemperatur kann beispielsweise bei 30 Grad liegen, sodass, wenn der Temperatursensor einen Temperaturwert größer als 30 Grad Celsius erfasst, während ein Ladevorgang aktiv ist, die Steuereinrichtung die Luftfördereinrichtung automatisch aktiviert. Im Allgemeinen ist es bevorzugt, dass der erste Grenzwert zwischen 25 und 35 Grad Celsius liegt. Die meisten mobilen Endgeräte schalten bei höheren Gerätetemperaturen, zum Beispiel ab 36 Grad oder ab 43 Grad, in einen Zustand, in welchem nur noch ein Laden mit verringerter Ladeleistung oder überhaupt kein Laden mehr möglich ist. Durch das Bemessen der ersten Grenztemperatur im Bereich zwischen 25 Grad Celsius und 35 Grad Celsius kann somit eine rechtzeitige Aktivierung der Luftfördereinrichtung erfolgen, um ein Laden mit verringerter Ladeleistung zu vermeiden. Entsprechend kann aber auch die Luftfördereinrichtung wieder automatisch deaktiviert werden, wenn dieser erste Grenzwert wieder unterschritten wird. Für die Deaktivierung muss aber nicht notwendigerweise der gleiche Grenzwert vorgesehen sein, dieser kann auch anders, zum Beispiel niedriger als der erste Grenzwert gewählt werden. Diese temperaturgesteuerte automatische Aktivierung und Deaktivierung der Luftfördereinrichtung hat den großen Vorteil, dass somit die Kühlung des mobilen Endgeräts und der Ladeelektronik nur aktiviert wird, wenn dies auch erforderlich ist, und ein überflüssiges Kühlen vermieden wird, was besonders energieeffizient ist und auch die durch die Luftfördereinrichtung erzeuge Geräuschkulisse auf ein Minimum reduziert. Alternativ oder zusätzlich können auch andere Aktivierungs- oder Deaktivierungsmechanismen vorgesehen sein. Beispielsweise kann ein Benutzer auch manuell den Kühlvorgang aktivieren oder deaktivieren. Beispielsweise kann auch eine permanente Kühlung vorgesehen sein, die automatisch aktiviert wird, sobald der Ladevorgang gestartet wird oder ein Auflegen des mobilen Endgeräts auf der Ladevorrichtung erkannt wird. Entsprechend kann eine automatische Deaktivierung des Kühlvorgangs durch Deaktivierung der Luftfördereinrichtung erfolgen, sobald der Ladevorgang beendet ist oder sobald das mobile Endgerät wieder von der Auflagefläche entnommen wird. Denkbar wäre es auch, die verschiedenen Aktivierungs- oder Deaktivierungskriterien einem Benutzer zur Auswahl zu stellen, sodass dieser über ein entsprechendes Bedienelement der Ladevorrichtung wählen kann, ob er eine permanente Aktivierung oder eine temperaturabhängige Steuerung der Aktivierung und Deaktivierung wünscht.
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Die Erfindung umfasst auch die Kombinationen der beschriebenen Ausführungsformen.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen, sowie anhand der Zeichnung. Dabei zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung einer in einem Kraftfahrzeug angeordneten Ladevorrichtung zum drahtlosen Aufladen eines elektrischen Energiespeichers eines mobilen Endgeräts gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
- 2 eine schematische und perspektivische Darstellung einer Ladevorrichtung zum drahtlosen Aufladen eines elektrischen Energiespeichers eines mobilen Endgeräts gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung;
- 3 eine schematische Querschnittsdarstellung einer Ladevorrichtung zum drahtlosen Aufladen eines elektrischen Energiespeichers eines mobilen Endgeräts gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung;
- 4 eine schematische Querschnittsdarstellung einer Ladevorrichtung zum drahtlosen Aufladen eines elektrischen Energiespeichers eines mobilen Endgeräts gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung; und
- 5 eine schematische Querschnittsdarstellung einer Ladevorrichtung zum drahtlosen Aufladen eines elektrischen Energiespeichers eines mobilen Endgeräts gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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Bei den im Folgenden erläuterten Ausführungsbeispielen handelt es sich um bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung. Bei den Ausführungsbeispielen stellen die beschriebenen Komponenten der Ausführungsformen jeweils einzelne, unabhängig voneinander zu betrachtende Merkmale der Erfindung dar, welche die Erfindung jeweils auch unabhängig voneinander weiterbilden und damit auch einzeln oder in einer anderen als der gezeigten Kombination als Bestandteil der Erfindung anzusehen sind. Des Weiteren sind die beschriebenen Ausführungsformen auch durch weitere der bereits beschriebenen Merkmale der Erfindung ergänzbar.
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In den Figuren sind funktionsgleiche Elemente jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt eine schematische Darstellung einer in einem Kraftfahrzeug 10 angeordneten Ladevorrichtung 12 zum drahtlosen Aufladen eines elektrischen Energiespeichers eines mobilen Endgeräts 14 (vergleiche 2 bis 5) gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Das Kraftfahrzeug 10 ist dabei lediglich schematisch durch die in 1 dargestellte gestrichelte Linie veranschaulicht. Weiterhin ist die Ladevorrichtung 12 hierbei schematisch in einem Querschnitt dargestellt. Die Ladevorrichtung umfasst dabei eine Ladeelektronik 16, welche in einem Gehäuse 18 der Ladevorrichtung 12 angeordnet ist. Die Ladeelektronik 16 kann dabei die üblichen Komponenten, die hier nicht näher dargestellt sind, umfassen, wie eine Primärspule, durch welche ein zeitlich variierendes magnetisches Feld bereitstellbar ist, welches während eines Ladevorgangs einen Strom in eine korrespondierende Sekundärspule des mobilen Endgeräts 14 induziert. Weiterhin kann die Ladeelektronik 16 eine Steuereinrichtung zum Steuern des Ladevorgangs aufweisen, sowie eine Anschlusseinrichtung zum Anschließen einer Stromversorgung, Wandlereinrichtungen oder andere elektrische und/oder elektronische Komponenten.
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Um die Ladeelektronik 16 sowie auch das mobile Endgerät 14 während eines Ladevorgangs vor einer zu starken Erwärmung zu schützen, weist die Ladevorrichtung eine Luftkühlung auf. Zu diesem Zweck weist das Gehäuse 18 eine Lufteintrittsöffnung 20, eine Luftaustrittsöffnung 22 sowie eine Luftfördereinrichtung auf, die in diesem Beispiel als Lüfter 24 ausgebildet ist. Dieser Lüfter 24 ist dazu ausgelegt, Luft, welche durch die Pfeile 26 veranschaulicht ist, in die Lufteintrittsöffnung 20 einzusaugen, entlang des ersten innerhalb des Gehäuses 18 bereitgestellten Luftförderpfads 28, der sich von der Lufteintrittsöffnung 20 bis zur Luftaustrittsöffnung 22 erstreckt, zu fördern und aus der Luftaustrittsöffnung 22 auszublasen. Der erste Luftförderpfad 28 führt dabei an der Ladeelektronik 16 vorbei, sodass die durch die Ladeelektronik 16 in das Gehäuse 18 abgegebene Wärme vorteilhafterweise sehr effizient abtransportiert werden kann. Zusätzlich kann auch die eingesaugte beziehungsweise ausgeblasene Luft 26 zur Kühlung des mobilen Endgeräts 14 genutzt werden, was später näher beschrieben ist.
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Besonders vorteilhaft ist hierbei, dass sowohl die Lufteintrittsöffnung 20 als auch die Luftaustrittsöffnung 22 in einer ersten Seite des Gehäuses 18, welche auch eine Oberseite 18a des Gehäuses definiert, und durch welche auch ein Auflagebereich 30 zum Auflegen des mobilen Endgeräts 14 zum Zwecke des Ladens bereitgestellt ist, angeordnet sind. Dies hat den großen Vorteil, dass die Ladevorrichtung problemlos in einer Mittelkonsole des Kraftfahrzeugs 10 angeordnet werden kann, und dennoch auf bauraumeffiziente Weise eine effektive Kühlung ohne Komforteinbußen für einen Benutzer bereitgestellt werden kann. Denn üblicherweise verläuft durch die Mittelkonsole auch der Luftkanal 32 zur Luftführung der Luft für die Fondpassagiere des Kraftfahrzeugs 10, welcher hier in 1 ebenfalls schematisch dargestellt ist. Gerade im Winter können hier also direkt unter der Ladevorrichtung 12 Temperaturen bis 60 Grad Celsius herrschen. Von unten eingesaugte Luft könnte entsprechend dann nicht zur Kühlung verwendet werden. Da jedoch erfindungsgemäß die mindestens eine Lufteintrittsöffnung in der Oberseite 18a des Gehäuses 18 vorgesehen ist, lässt es sich vorteilhafterweise bewerkstelligen, die deutlich kühlere Luft 26 aus dem Innenraum 10a des Kraftfahrzeugs 10 zur Kühlung zu nutzen. Diese ist zudem in der Regel, im Gegensatz zur Verwendung von extrem kalter Luft aus der Klimaanlage, wohltemperiert, sodass auch die ausgeblasene Luft 26 von einem Benutzer beziehungsweise Insassen des Kraftfahrzeugs 10 nicht als unangenehm kalt empfunden wird. Da sowohl die Lufteintrittsöffnung 20 als auch die Luftaustrittsöffnung 22 in der Oberseite 18a des Gehäuses 18 angeordnet sind, kann unterseitig wiederum Bauraum eingespart werden, da nun bei der Anordnung der Ladevorrichtung 12 an einer Komponente des Kraftfahrzeuginnenraums 10a, wie der Mittelkonsole, kein Abstand nach unten eingehalten werden muss. Dies erlaubt vorteilhafterweise eine besonders kompakte Ausbildung und Anordnung der Ladevorrichtung 12. Auch der Lüfter 24 kann an jeder beliebigen Position innerhalb des ersten Luftförderpfads 28 angeordnet werden, insbesondere auch direkt an der Lufteintrittsöffnung 20 oder der Luftaustrittsöffnung 22, sowie an jeder beliebigen Position dazwischen. Damit kann der Lüfter 24 besonders flexibel an einer Position innerhalb des Gehäuses 18 positioniert werden, an welcher auch ausreichend Platz für diesen Lüfter 24 ist. Besonders vorteilhaft ist dabei eine Position unterhalb der Ladeelektronik 16, da hier in der Regel ausreichend Platz zur Positionierung des Lüfters 24 zur Verfügung steht und zudem auch die vom Lüfter 24 im Betrieb erzeugten Geräusche durch das Gehäuse 18 sowie andere Komponenten der Ladevorrichtung 12 zum Teil abgeschirmt werden können.
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Die Lufteintrittsöffnung 20 und die Luftaustrittsöffnung 22 sind zudem vorzugsweise an gegenüberliegenden Randbereichen R, die die Ladevorrichtung 12 in ihrer Länge L begrenzen, die sich hier in x-Richtung bezüglich des in 1 dargestellten Koordinatensystems erstreckt, angeordnet. hierdurch kann also das gesamte Gehäuse 18 mit Kühlluft durchströmt werden, was eine besonders effiziente Kühlung ermöglicht. Auch kann hierdurch die Kühlluft besonders effizient zur Kühlung des mobilen Endgeräts 14 verwendet werden, was nun anhand von 2 näher beschrieben wird.
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2 zeigt dabei eine schematische und perspektivische Darstellung der Ladevorrichtung 12 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung. Zu sehen ist hierbei insbesondere die Oberseite 18a des Gehäuses 18 mit dem Auflagebereich 30 für das mobile Endgerät 14, sowie auch ein Teil des mobilen Endgeräts 14. Der Auflagebereich 30 ist dabei vorteilhafterweise mit einer rillenförmigen Struktur ausgebildet. Insbesondere weist die Gehäuseoberseite 18a mehrere sich in Richtung der Länge L der Ladevorrichtung 12 erstreckende Erhebungen 34 auf, die vorzugsweise geradlinig und zueinander parallel verlaufen. Durch den Zwischenraum zwischen je zwei benachbarten Erhebungen 34 sind damit vorteilhafterweise in Richtung der Länge L verlaufende Luftkanäle 36 gebildet. Die aus der Luftaustrittsöffnung 22 ausgeblasene Luft 26 kann somit vorteilhafterweise direkt in diese Luftkanäle 36, zumindest zum Teil, eingeblasen werden und somit zum Abtransport der vom mobilen Endgerät 14 abgegebenen Wärme genutzt werden. Entsprechend ist es vorteilhaft, wenn der erste Luftförderpfad 28 so ausgestaltet ist, dass dieser nicht wie in 1 dargestellt senkrecht im Bereich der Luftaustrittsöffnung 22 in die Oberseite 18a des Gehäuses 18 mündet, sondern stattdessen in einem Winkel α zwischen einschließlich 0 Grad und ausschließlich 90 Grad, insbesondere bezogen auf eine Querschnittsebene entlang der Länge L der Ladevorrichtung 12 und senkrecht zur Oberseite 18a. Ein Querschnitt durch die Ladevorrichtung 12 in dieser Querschnittsebene ist in den 3, 4, und 5 dargestellt.
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3 zeigt eine schematische Querschnittsdarstellung einer Ladevorrichtung 12 zum drahtlosen Aufladen eines elektrischen Energiespeichers eines mobilen Endgeräts 14 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung. Zu erkennen ist hier wiederum das Gehäuse 18 der Ladevorrichtung 12, mit der Gehäuseoberseite 18a, die den Auflagebereich 30 bereitstellt. In der Gehäuseoberseite 18a ist wiederum die Lufteintrittsöffnung 20 und die Luftaustrittsöffnung 22 angeordnet, sowie ein erster Luftförderpfad 28 von der Lufteintrittsöffnung 20 durch das Innere des Gehäuses 18 zur Luftaustrittsöffnung 22 bereitgestellt. Die Luftaustrittsöffnung ist dabei so ausgestaltet, dass die aus der Luftaustrittsöffnung 22 durch den Lüfter 24 ausgeblasene Luft 26 in die zwischen den Erhebungen 34 auf der Gehäuseoberseite 18a bereitgestellten Luftkanäle 36, die damit einen sich an den ersten Luftförderpfad 28 anschließenden zweiten Luftförderpfad bilden, geblasen wird, und die somit diese Luftkanäle 36 durchströmt und diese im Randbereich R, in welchem auch die Lufteintrittsöffnung 22 angeordnet ist, wieder verlässt. In diesem Ausführungsbeispiel durchströmt also die kühle Luft 26 zunächst das Innere des Gehäuses 18b und kühlt damit die Ladeelektronik 16 und wird erst anschließend durch die Luftkanäle 36 zur Kühlung des mobilen Endgeräts 14 geblasen. Die Ladevorrichtung 12 kann alternativ auch so ausgestaltet sein, dass dieser Luftweg genau umgekehrt ist, so wie dies in 4 schematisch dargestellt ist.
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4 zeigt dabei wiederum eine schematische Querschnittsdarstellung der Ladevorrichtung 12 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die Ladevorrichtung 12 kann wiederum wie zu 3 beschrieben ausgebildet sein, insbesondere mit dem Unterschied, dass die Kühlluft aus den Luftkanälen 36 in die Lufteintrittsöffnung eingesaugt wird, dann das Innere des Gehäuses 18 durchläuft und anschließend die Luftaustrittsöffnung 22 verlässt und wieder an die Umgebung abgegeben wird. In diesem Beispiel durchläuft also die Kühlluft 26 zunächst die Luftkanäle 36 und wird erst anschließend in das Gehäuse eingesaugt, durchläuft dieses und wird dann wiederum aus der Luftaustrittsöffnung 22 ausgeblasen.
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Um die Kühlluft gezielt entlang dieser Luftförderpfade zu führen, ist es vorteilhaft, wenn der erste Luftförderpfad 28 durch eine geeignete geometrische Ausbildung der Gehäuseoberseite 18a so gestaltet ist, dass dieser im Bereich der Lufteintrittsöffnung 20 sowie im Bereich der Luftaustrittsöffnung 22 nicht senkrecht in die Gehäuseoberseite 18a mündet, sondern wie beschrieben in einem Winkel zwischen einschließlich 0 Grad und ausschließlich 90 Grad. Der Winkel, den die Luftaustrittsöffnung 22 mit der Gehäuseoberseite 18a einschließt, ist in 3, 4 und in 5 mit α bezeichnet, während der Winkel, den die Lufteintrittsöffnung 20 mit der Gehäuseoberseite 18a einschließt, mit β bezeichnet ist. Somit kann durch das Vorsehen eines solchen spitzen Winkels die Luft beim Ausblasen aus dem Gehäuse 18 zum Beispiel gezielt von der Ladevorrichtung 12 weggeführt werden, wie dies in 4 dargestellt ist, oder gezielt in die Luftkanäle 36 unterhalb des mobilen Endgeräts 14 eingeblasen werden, wie dies in 3 dargestellt ist.
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5 zeigt eine weitere Variante, bei welcher der erste Luftförderpfad 28 im Bereich der Luftaustrittsöffnung 22 in einem Winkel α in die Gehäuseoberseite 18 mündet, welcher in diesem Fall 0 Grad beträgt. Die Luft 26 wird also parallel zur Gehäuseoberseite 18a in Richtung der Länge L des Gehäuses 18 ausgeblasen. Die in 5 dargestellte Variante lässt sich ganz analog auch für eine entgegengesetzte Luftführung, wie diese zu 4 beschrieben wurde, umsetzen.
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Diese Luftkühlung kann nun weiterhin auf verschiedene Weise aktiviert oder deaktiviert werden. Beispielsweise kann es vorgesehen sein, dass die Aktivierung und die Deaktivierung der Luftkühlung, das heißt das Ein- und Ausschalten der Luftfördereinrichtung 24 manuell durch einen Benutzer vorgenommen werden kann. Alternativ oder zusätzlich ist auch eine automatische Aktivierung und Deaktivierung denkbar. Eine automatische Aktivierung und Deaktivierung hat den großen Vorteil, dass eine Luftkühlung gezielt dann nur eingesetzt werden kann, wenn dies auch erforderlich ist. Entsprechend kann die Ladevorrichtung einen Temperatursensor 38 aufweisen, der kontinuierlich die Temperatur misst. Die gemessene Temperatur wird an eine Steuereinrichtung 40 zur Steuerung der Luftfördereinrichtung 24 übermittelt. Wird dabei festgestellt, dass die durch den Temperatursensor 38 gemessene Temperatur einen vorbestimmten Grenzwert, zum Beispiel 30 Grad, überschreitet, so aktiviert die Steuereinrichtung 40 automatisch die Luftfördereinrichtung 24. Weiterhin ist es bevorzugt, dass eine derartige automatische Aktivierung nur dann erfolgt, wenn auch ein mobiles Endgerät 14 auf der Ladevorrichtung 12 aufgelegt ist und geladen wird. Unterschreitet die vom Temperatursensor 38 gemessene Temperatur wiederum den vorbestimmten Grenzwert, oder auch einen anders definierten Grenzwert, so deaktiviert die Steuereinrichtung 40 die Luftfördereinrichtung 24 wieder automatisch.
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Insgesamt wird so durch die Erfindung und ihre Ausführungen eine Ladevorrichtung zum drahtlosen Aufladen eines elektrischen Energiespeichers eines mobilen Endgeräts bereitgestellt, welche eine besonders effiziente Luftkühlung in besonders kompakter Bauweise und ohne Komforteinbußen für einen Benutzer bereitstellt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- CN 204696773 U [0003]
- DE 102014009724 A1 [0004]
- DE 102016001468 A1 [0005]
