DE102018203556A1 - Induktionsladevorrichtung - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Induktionsladevorrichtung (1) für ein teil- oder vollelektrisch betriebenes Kraftfahrzeug. Die Induktionsladevorrichtung (1) weist wenigstens eine Ladeanordnung (2) mit einer Ladespule (3) und eine Temperierungsanordnung (4) auf, die von einem Fluid (5) durchströmbar und wärmeübertragend mit der Ladeanordnung (2) gekoppelt ist. Die Ladespule (3) der Ladeanordnung (2) ist mit einer Primärspule induktiv koppelbar, so dass eine Batterie in dem Kraftfahrzeug induktiv aufladbar ist. Die Ladeanordnung (2) weist zudem eine an der Ladespule (3) fahrzeugseitig angeordnete Ferritanordnung (8) und eine fahrzeugseitig an der Ferritanordnung (8) angeordnete Metallschirmplatte (7) zum Abschirmen von elektromagnetischen Feldemissionen auf.
Erfindungsgemäß weist die Ferritanordnung (8) mehrere nebeneinander angeordnete Ferritplatten (9) auf, die jeweils in eine Schließposition und in eine Offenposition verdrehbar sind. Die jeweilige Ferritplatte (9) ist in der Schließposition parallel und in der Offenposition unter einem Winkel zu der Ladespule (3) angeordnet.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Induktionsladevorrichtung für ein teil- oder vollelektrisch betriebenes Kraftfahrzeug gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Induktionsladevorrichtungen sind aus dem Stand der Technik bereits bekannt und werden zum berührungslosen Aufladen einer Batterie in einem Kraftfahrzeug eingesetzt. Dabei wird eine externe Primärspule mit einer Sekundärspule in dem Kraftfahrzeug induktiv gekoppelt. Durch die Primärspule fließt ein Wechselstrom, der ein elektromagnetisches Feld um die Primärspule erzeugt. Das elektromagnetische Feld induziert in der Sekundärspule einen Wechselstrom, der durch die Leistungselektronik gleichgerichtet und der Batterie zugeführt wird.
  • Um die Ladeverluste in der Induktionsladevorrichtung zu verringern, wird das elektromagnetische Feld um die Sekundärspule durch eine magnetische Ferritplatte beeinflusst. In der Induktionsladevorrichtung entstehen dennoch elektromagnetische Feldemissionen, deren Höhe mit der Ladeleistung ansteigt. Die Feldemissionen können mit einer Metallplatte - meistens aus Aluminium - abgebaut werden, um elektronische Geräte in dem Kraftfahrzeug zu schützen sowie eine negative gesundheitliche Wirkung auf einen Menschen auszuschließen.
  • Beim Abschirmen des elektromagnetischen Feldes werden in der Metallplatte Wirbelströme erzeugt, die zu einer starken Wärmeentwicklung in der Metallplatte führen. Die erzeugte Abwärme kann die Leistungselektronik in der Induktionsladevorrichtung beschädigen und muss nach außen abgeleitet werden. Dazu kann an der Metallplatte eine durch ein Kühlfluid durchströmbare Kühlanordnung wärmeübertragend angeordnet sein, so dass die in der Induktionsladevorrichtung erzeugte Abwärme über die Metallplatte an das Kühlfluid übertragen wird.
  • Die Abwärme kann an die Umgebung dissipiert oder zum Erwärmen eines Schmiermittels in dem Kraftfahrzeug genutzt werden, wie beispielweise in DE 10 2011 088 112 A1 vorgeschlagen ist. Nachteiligerweise ist während des Ladens das Kraftfahrzeug nicht im Betrieb, so dass die erzeugte Abwärme nicht nutzbar ist und an die Umgebung dissipiert wird. Ferner ist die Menge der beim Laden erzeugten Abwärme aufgrund kleiner Ströme und hoher Spannungen relativ gering.
  • Die Aufgabe der Erfindung ist es daher, für eine Induktionsladevorrichtung der gattungsgemäßen Art eine verbesserte oder zumindest alternative Ausführungsform anzugeben, bei der die beschriebenen Nachteile überwunden werden.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
  • Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, das elektromagnetische Feld in einer Induktionsladevorrichtung für ein teil- oder vollelektrisch betriebenes Kraftfahrzeug abhängig von der zu erzeugenden Abwärme zu leiten. Die Induktionsladevorrichtung weist dabei wenigstens eine Ladeanordnung mit einer Ladespule und eine Temperierungsanordnung auf, die von einem Fluid durchströmbar und wärmeübertragend mit der Ladeanordnung gekoppelt ist. Die Ladespule der Ladeanordnung ist mit einer Primärspule induktiv koppelbar, so dass eine Batterie in dem Kraftfahrzeug induktiv aufladbar ist. Die Ladeanordnung weist ferner eine an der Ladespule fahrzeugseitig angeordnete Ferritanordnung und eine fahrzeugseitig an der Ferritanordnung angeordnete Metallschirmplatte zum Abschirmen von elektromagnetischen Feldemissionen auf. Erfindungsgemäß weist die Ferritanordnung mehrere nebeneinander angeordnete Ferritplatten auf, die jeweils in eine Schließposition und in eine Offenposition verdrehbar sind. Die jeweilige Ferritplatte ist dabei in der Schließposition parallel und in der Offenposition unter einem Winkel zu der Ladespule angeordnet.
  • Die Ferritanordnung ist in der erfindungsgemäßen Induktionsladeanordnung zwischen der Ladespule und der Metallabschirmplatte angeordnet. Sind alle oder zumindest einige der mehreren Ferritplatten in der Schließposition, so kann die Metallabschirmplatte von der Ladespule zumindest bereichsweise abgeschirmt und das elektromagnetische Feld kann zumindest bereichsweise zurück zu der Ladespule umgeleitet sein. Die in der Metallabschirmplatte erzeugte Abwärme bleibt gering. Sind alle oder zumindest einige der mehreren Ferritplatten in der Offenposition, so kann das elektromagnetische Feld nahe ungehindert die Metallabschirmplatte erreichen und die in der Metallabschirmplatte erzeugte Abwärme ist hoch. Die Temperierungsanordnung ist mit der Ladeanordnung wärmeübertragend gekoppelt und die in der Metallabschirmplatte erzeugte Abwärme kann an das Fluid in der Temperierungsanordnung übertragen werden. Vorteilhafterweise kann dann die Abwärme zum Vorwärmen eines Schmieröls in einem Motor, zum Vorwärmen des Motors, zum Vorwärmen der Batterie oder auch zum Vorheizen eines Innenraumes des Kraftfahrzeugs verwendet werden. In der erfindungsgemäßen Induktionsladevorrichtung sind die Menge der an das Fluid in der Temperierungsanordnung abgegebenen Abwärme und dadurch auch die Heizleistung der Temperierungsanordnung vorteilhaft anpassbar.
  • In der Schließposition ist die jeweilige Ferritplatte parallel zu der Ladespule ausgerichtet und schirmt diese von der Metallabschirmplatte ab. Die Metallabschirmplatte umschließt zweckgemäß die Ladespule fahrzeugseitig, so dass elektromagnetische Feldemissionen zu dem Kraftfahrzeug hin abgeschirmt werden können. In der Offenposition ist die jeweilige Ferritplatte unter einem Winkel zu der Ladespule angeordnet, der zwischen 30° und 90° variieren kann. Insgesamt sind in der erfindungsgemäßen Induktionsladevorrichtung mehrere Abschirmstellungen der Ferritanordnung und dadurch auch unterschiedliche Abschirmgrade erreichbar. Entsprechend sind auch die Menge der in der Metallabschirmplatte erzeugten und an das Fluid abgebbaren Abwärme und dadurch auch die Heizleistung der Temperierungsanordnung vorteilhaft anpassbar.
  • Bei einer Weiterbildung der erfindungsgemäßen Induktionsladevorrichtung ist vorteilhafterweise vorgesehen, dass die Ladeanordnung in einen Ladezustand schaltbar ist, wobei in dem Ladezustand in der Ladespule ein Induktionswechselstrom fließt und die Batterie des Kraftfahrzeugs aufladbar ist. In dem Ladezustand ist die Ladespule mit der Primärspule induktiv gekoppelt und der Induktionswechselstrom in der Ladespule wird durch das um die Primärspule erzeugte elektrische Feld erzeugt. Vorteilhafterweise kann vorgesehen sein, dass in dem Ladezustand zumindest einige der jeweiligen Ferritplatten in die Schließposition verdreht sind. In der Schließposition ist die jeweilige Ferritplatte parallel zu der Ladespule ausgerichtet und schirmt die Metallabschirmplatte von der Ladespule ab. Das elektromagnetische Feld ist dabei zu der Ladespule umgeleitet und die Ladeleistung der Induktionsvorrichtung ist hoch. In der Metallabschirmplatte wird dabei eine geringe Menge der Abwärme erzeugt und die Heizleistung der Temperierungsanordnung ist gering. In dem Ladezustand ist das Kraftfahrzeug üblicherweise nicht im Betrieb und dadurch ist eine geringe Abwärme und eine hohe Ladeleistung vorteilhaft.
  • Bei einer Weiterbildung der erfindungsgemäßen Induktionsladevorrichtung ist vorteilhafterweise vorgesehen, dass die Ladeanordnung in einen Heizzustand schaltbar ist, wobei in dem Heizzustand in der Ladespule ein Wechselstrom fließt und in der Ladeanordnung eine Abwärme erzeugbar ist. Vorteilhafterweise können in dem Heizzustand zumindest einige der jeweiligen Ferritplatten in die Offenposition verdreht sein. Durch den Wechselstrom wird um die Ladespule ein elektromagnetisches Feld erzeugt, das dann zu der Metallabschirmplatte geleitet wird. In der Metallabschirmplatte werden Wirbelströme erzeugt und dadurch wird eine hohe Menge der Abwärme erzeugt. Die Heizleistung der Temperierungsanordnung ist entsprechend hoch.
  • Vorteilhafterweise kann vorgesehen sein, dass die Temperierungsanordnung wenigstens ein Fluidrohr aufweist, das an der Metallschirmplatte wärmeübertragend anliegt. Alternativ kann die Temperierungsanordnung wenigstens einen Fluidkanal aufweist, der in der Metallschirmplatte ausgebildet ist. Die Temperierungsanordnung kann vorteilhafterweise von einem Fluideinlass zu einem Fluidauslass von dem Fluid durchströmbar und über den Fluideinlass und über den Fluidauslass mit einem Fahrzeugkühlsystem fluidisch verbindbar sein.
  • Die Ladeanordnung kann vorteilhafterweise ein schalenförmiges Ladegehäuse aufweisen, in dem die Ladespule und die Ferritanordnung angeordnet sind. Die Metallabschirmplatte kann dann einen Deckel des Ladegehäuses bilden und dieses fahrzeugseitig verschließen. Insbesondere kann dadurch die Anzahl der Einzelteile in der Induktionsladevorrichtung und dadurch auch die Herstellungskosten reduziert werden. Um das elektromagnetische Feld nicht zu beeinflussen, kann das Ladegehäuse aus einem elektrischen Isolator, bevorzugt Kunststoff, geformt sein. Vorteilhafterweise können dann die mehreren Ferritplatten der Ferritanordnung in dem Ladegehäuse an diesem verdrehbar festgelegt sein. Die mehreren Ferritplatten können dann beispielweise streifenförmig ausgeformt und beidseitig an dem Ladegehäuse verdrehbar gelagert sein. Zum Verstellen der Ferritplatten zwischen der Schließposition und der Offenposition kann eine Stelleinrichtung vorgesehen sein.
  • Zusammenfassend kann in der erfindungsgemäßen Induktionsladevorrichtung das elektromagnetische Feld beeinflusst und dadurch die Menge der in der Metallabschirmplatte erzeugten Abwärme geändert werden. Dadurch kann die Temperierungsanordnung vorteilhaft zum Vorwärmen eines Schmieröls in einem Motor, zum Vorwärmen des Motors, zum Vorwärmen der Batterie oder auch zum Vorheizen eines Innenraumes des Kraftfahrzeugs verwendet werden.
  • Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
  • Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
  • Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Komponenten beziehen.
  • Es zeigen, jeweils schematisch
    • 1 eine Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Induktionsladevorrichtung mit einer Ferritanordnung, deren mehrere Ferritplatten in einer Schließposition sind;
    • 2 eine Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Induktionsladevorrichtung mit einer Ferritanordnung, deren mehrere Ferritplatten in einer Offenposition sind.
  • 1 und 2 zeigen Schnittansichten einer erfindungsgemäßen Induktionsladevorrichtung 1 für ein teil- oder vollelektrisch betriebenes Kraftfahrzeug. Die Induktionsladevorrichtung 1 weist eine Ladeanordnung 2 mit einer Ladespule 3 und eine Temperierungsanordnung 4 auf. Die Temperierungsanordnung 4 weist einen mit einem Fluid 5 durchströmbaren Fluidkanal 6 auf, der in einer Metallschirmplatte 7 ausgebildet ist. Die Temperierungsanordnung 4 ist von einem Fluideinlass 4a zu einem Fluidauslass 4b von dem Fluid 5 durchströmbar und ist über den Fluideinlass 4a und über den Fluidauslass 4b mit einem Fahrzeugkühlsystem - hier nicht gezeigt - fluidisch verbindbar. Die in der Metallabschirmplatte 7 erzeugte Abwärme ist dann über das Fluid 5 in dem Fluidkanal 6 zu weiteren Elementen des Kraftfahrzeugs transportierbar und kann zum Vorwärmen eines Schmieröls in einem Motor, zum Vorwärmen des Motors, zum Vorwärmen der Batterie oder auch zum Vorheizen eines Innenraumes des Kraftfahrzeugs verwendet werden.
  • Die Induktionsladevorrichtung 1 weist ferner eine Ferritanordnung 8 mit mehreren nebeneinander angeordneten Ferritplatten 9 auf. Die Ferritanordnung 8 und die Ladespule 3 sind in einem schalenförmigen Ladegehäuse 10 angeordnet, das mit der Metallabschirmplatte 7 - die hier einen Deckel 11 des Ladegehäuses 10 bildet - fahrzeugseitig geschlossen ist. Der Begriff „fahrzeugseitig“ bedeutet in diesem Zusammenhang, dass die Metallabschirmplatte 7 beziehungsweise der Deckel 11 in einem eingebauten Zustand der Induktionsladevorrichtung 1 zwischen dem Kraftfahrzeug und dem Ladegehäuse 10 angeordnet ist. Die mehreren Ferritplatten 9 der Ferritanordnung 8 sind in dem Ladegehäuse an diesem um jeweils eine Drehachse 12 verdrehbar festgelegt.
  • Die Ferritanordnung 8 weist die mehreren Ferritplatten 9 auf, die jeweils in eine Schließposition und in eine Offenposition verdrehbar sind. In 1 sind die mehreren Ferritplatten 9 der Ferritanordnung 8 in der Schließposition und in 2 sind die mehreren Ferritplatten 9 der Ferritanordnung 8 in der Offenposition gezeigt. Die jeweiligen Ferritplatten 9 sind dabei in der Schließposition parallel und in der Offenposition unter einem Winkel - der zwischen 30° und 90° variieren kann - zu der Ladespule 3 angeordnet.
  • In 1 ist die Ladeanordnung 2 in einem Ladezustand und die mehreren Ferritplatten 9 sind in der Schließposition. In der Ladespule 3 fließt ein Induktionswechselstrom und die Batterie des Kraftfahrzeugs - hier nicht gezeigt - ist aufladbar. In der Metallabschirmplatte 7 werden vernachlässigbar kleine Wirbelströme erzeugt. Die Ladeleistung der Induktionsvorrichtung 1 ist hoch und in der Metallabschirmplatte 7 wird eine geringe Menge der Abwärme erzeugt. Entsprechend ist auch die Heizleistung der Temperierungsanordnung 4 gering.
  • In 2 ist die Ladespule 3 in einem Heizzustand und die mehreren Ferritplatten 9 sind in der Offenposition. In der Ladespule 3 fließt ein Wechselstrom. Das elektromagnetische Feld 13 kann dabei nahe ungehindert die Metallabschirmplatte 7 erreichen und in der Metallabschirmplatte 7 werden Wirbelströme erzeugt und die erzeugte Abwärme und entsprechend auch die Heizleistung der Temperierungsanordnung 4 sind hoch.
  • Zusammenfassend kann in der erfindungsgemäßen Induktionsladevorrichtung 1 das elektromagnetische Feld beeinflusst und dadurch die Menge der in der Metallabschirmplatte 7 erzeugten Abwärme geändert werden. Dadurch kann die Temperierungsanordnung 4 zum Vorwärmen eines Schmieröls in einem Motor, zum Vorwärmen des Motors, zum Vorwärmen der Batterie oder auch zum Vorheizen eines Innenraumes des Kraftfahrzeugs verwendet werden.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102011088112 A1 [0005]

Claims (11)

  1. Induktionsladevorrichtung (1) für ein teil- oder vollelektrisch betriebenes Kraftfahrzeug, - wobei die Induktionsladevorrichtung (1) wenigstens eine Ladeanordnung (2) mit einer Ladespule (3) und eine Temperierungsanordnung (4) aufweist, die von einem Fluid (5) durchströmbar und wärmeübertragend mit der Ladeanordnung (2) gekoppelt ist, - wobei die Ladespule (3) der Ladeanordnung (2) mit einer Primärspule induktiv koppelbar ist, so dass eine Batterie in dem Kraftfahrzeug induktiv aufladbar ist, und - wobei die Ladeanordnung (2) eine an der Ladespule (3) fahrzeugseitig angeordnete Ferritanordnung (8) und eine fahrzeugseitig an der Ferritanordnung (8) angeordnete Metallschirmplatte (7) zum Abschirmen von elektromagnetischen Feldemissionen aufweist, dadurch gekennzeichnet, - dass die Ferritanordnung (8) mehrere nebeneinander angeordnete Ferritplatten (9) aufweist, die jeweils in eine Schließposition und in eine Offenposition verdrehbar sind, und - dass die jeweilige Ferritplatte (9) in der Schließposition parallel und in der Offenposition unter einem Winkel zu der Ladespule (3) angeordnet ist.
  2. Induktionsladevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ladeanordnung (2) in einen Ladezustand schaltbar ist, wobei in dem Ladezustand in der Ladespule (3) ein Induktionswechselstrom fließt und die Batterie des Kraftfahrzeugs aufladbar ist.
  3. Induktionsladevorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Ladezustand (3) zumindest einige der jeweiligen Ferritplatten (9) in die Schließposition verdreht sind.
  4. Induktionsladevorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ladeanordnung (2) in einen Heizzustand schaltbar ist, wobei in dem Heizzustand in der Ladespule (3) ein Wechselstrom fließt und in der Ladeanordnung (2) eine Abwärme erzeugbar ist.
  5. Induktionsladevorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Heizzustand zumindest einige der jeweiligen Ferritplatten (9) in die Offenposition verdreht sind.
  6. Induktionsladevorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, - dass die Temperierungsanordnung (4) wenigstens ein Fluidrohr aufweist, das an der Metallschirmplatte (7) wärmeübertragend anliegt, oder - dass die Temperierungsanordnung (4) wenigstens einen Fluidkanal (6) aufweist, der in der Metallschirmplatte (7) ausgebildet ist.
  7. Induktionsladevorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, - dass die Temperierungsanordnung (4) von einem Fluideinlass (4a) zu einem Fluidauslass (4b) von dem Fluid (5) durchströmbar ist, und - dass die Temperierungsanordnung (4) über den Fluideinlass (4a) und über den Fluidauslass (4b) mit einem Fahrzeugkühlsystem fluidisch verbindbar ist.
  8. Induktionsladevorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, - dass die Ladeanordnung (2) ein schalenförmiges Ladegehäuse (10) aufweist, in dem die Ladespule (3) und die Ferritanordnung (8) angeordnet sind, und - dass die Metallabschirmplatte (7) einen Deckel (11) des Ladegehäuses (10) bildet und dieses fahrzeugseitig verschließt.
  9. Induktionsladevorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die mehreren Ferritplatten (9) der Ferritanordnung (8) in dem Ladegehäuse (10) an diesem verdrehbar festgelegt sind, um das magnetische Feld (13) in einem Ladezustand aktiv von der Metallabschirmplatte (7) abzulenken und/oder in einem Heizzustand hinzulenken.
  10. Induktionsladevorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ladegehäuse (10) aus einem elektrischen Isolator, bevorzugt Kunststoff, geformt ist.
  11. Induktionsladevorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Stelleinrichtung zum Verstellen der Ferritplatten (9) zwischen der Schließposition und der Offenposition vorgesehen ist.
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