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Die Erfindung betrifft eine induktive Ladeeinheit zum induktiven Laden eines Energiespeichers eines Kraftfahrzeugs, wobei die induktive Ladeeinheit einen Kern und eine um den Kern verlaufende Spule aufweist, und wobei die induktive Ladeeinheit zur induktiven Kopplung mit einer zweiten induktiven Ladeeinheit ausgebildet ist. Zur Erfindung gehört auch ein Kraftfahrzeug mit einer induktiven Ladeeinheit.
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Es ist bekannt, dass Plug-in-Hybrid-Fahrzeuge und batterieelektrische Fahrzeuge induktiv geladen werden können. Dazu kann sich beispielsweise am Unterboden des Fahrzeugs eine induktive Ladeeinheit in Form einer Induktionsplatte befinden, die meist im Bereich der Vorderachse verbaut ist. Über eine zweite induktive Ladeeinheit in Form einer bodenseitigen Gegenplatte kann elektrische Energie mittels Induktion übertragen werden. Der grundsätzliche Vorteil beim induktiven Laden besteht vor allem darin, dass sich das Laden für einen Benutzer deutlich komfortabler gestaltet, da hierbei keine Steckverbindung zum Kraftfahrzeug hergestellt werden muss. Allerdings ist der Gesamtwirkungsgrad bei induktiven Ladesystemen mit bis zu 80 Prozent immer noch deutlich geringer als bei kabelgebundenen Lösungen, die einen Gesamtwirkungsgrad von zirka 95 Prozent erreichen können.
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Zudem ist bei induktiven Ladesystemen die übertragbare Leistung durch die zulässige Erwärmung der Ladeplatten begrenzt. Entsprechend sind auch Systeme aus dem Stand der Technik bekannt, bei welchen in solchen Induktionseinheiten auch Kühlsysteme integriert sind. Beispielsweise beschreibt die
DE 10 2012 105 037 A1 eine Vorrichtung zur berührungslosen Energieübertragung mit einer Primärspulenanordnung und einer damit induktiv koppelbaren Sekundärspulenanordnung, wobei die Primärspulenanordnung auf einer ersten Leiterplatte und die Sekundärspulenanordnung auf einer zweiten Leiterplatte angeordnet ist. Die Leiterplatte kann dabei mehrere Schichten aufweisen, wobei zur besseren Wärmeabfuhr eine wärmeableitende Schicht eingebettet sein kann, die aus Kupfer gebildet ist. Weiterhin kann sich außenseitig an dieser Anordnung ein Aluminiumkühlkörper befinden. Kühlkörper alleine sind in Bezug auf ihre Kühlfunktion relativ beschränkt und zudem wirken sich Materialien wie Kupfer oder Aluminium nachteilig auf die Energieübertragung aus, da sie die Induktivität verringern.
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Weiterhin beschreibt die
US 2017/0274778 A1 ein kabelloses Energieübertragungssystem mit einer Empfängereinheit, die einen Ferritteil und einen Spulenteil aufweist. Über dem Ferritteil ist zusätzlich eine Wärmesenke angeordnet, die als wassergekühlter Wärmetauscher ausgebildet sein kann. Auch die
EP 0 651 404 A1 beschreibt eine interne Kühlung für ein induktives Ladesystem. Das induktive Ladesystem weist hierbei eine Primärladeeinheit auf sowie eine kraftfahrzeugseitige Sekundärladeeinheit. Die Primärladeeinheit ist dabei über ein Kabel mit Energie versorgbar und wird zum Laden in einen Zwischenbereich der Sekundärladeeinheit am Kraftfahrzeug eingesteckt. Durch diesen Mechanismus kann zwar die Distanz zwischen Primär- und Sekundärseite verringert und dadurch der Wirkungsgrad der Energieübertragung erhöht werden, jedoch gehen durch solch ein kabelgebundenes Ladesystem wiederum die Komfortvorteile eines induktiven Ladesystems verloren. Sowohl die Primärladeeinheit als auch die Sekundärladeeinheit weisen jeweils einen magnetischen Kern auf, um welchen die jeweiligen Spulen gewickelt sind. Weiterhin sind Wärmetauscher vorgesehen, die sich direkt an die Sekundärspule anschließen, wobei die Wärmetauscher mit einem Fluid durchströmbar sind. Durch diese zusätzlichen Kühlungen ist nachteiligerweise viel zusätzlicher Bauraum erforderlich.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine induktive Ladeeinheit zum induktiven Laden eines Energiespeichers eines Kraftfahrzeugs und ein Kraftfahrzeug bereitzustellen, welche auf möglichst kompakte Weise ein möglichst effizientes Laden des Energiespeichers des Kraftfahrzeugs ermöglichen.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch eine induktive Ladeeinheit und ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen gemäß den jeweiligen unabhängigen Patentansprüchen. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche, der Beschreibung und der Figuren.
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Eine induktive Ladeeinheit zum induktiven Laden eines Energiespeichers eines Kraftfahrzeugs weist einen Kern und eine um den Kern verlaufende Spule auf, wobei die induktive Ladeeinheit zur induktiven Kopplung mit einer zweiten induktiven Ladeeinheit ausgebildet ist. Dabei weist der Kern mehrere Kühlplatten aus einem metallischen, insbesondere ferromagnetischen, Material auf, die gegeneinander elektrisch isoliert sind.
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Hierdurch kann die Kühlung direkt in den Kern der induktiven Ladeeinheit integriert werden, was die Effizienz der Kühlung deutlich steigert. Dadurch, dass ein solcher Kühlmechanismus zudem direkt in den Kern der induktiven Ladeeinheit integriert ist, lässt sich die induktive Ladeeinheit auch äußerst kompakt ausgestalten. Der Kern, der üblicherweise ohnehin aus einem metallischen Material gebildet ist, eignet sich somit auch besonders vorteilhaft als Teil einer Kühlvorrichtung. Somit lässt sich durch die erfindungsgemäße induktive Ladeeinheit ein besonders effizientes Laden eines Energiespeichers eines Kraftfahrzeugs bereitstellen, da durch die verbesserte Wärmeabfuhr vorteilhafterweise eine Erhöhung des Wirkungsgrads erreicht werden kann. Durch die effektive Kühlung wird außerdem eine Übertragung von höheren Leistungen ermöglicht. Die elektrische Isolierung zwischen den einzelnen Kühlplatten kann zum Beispiel durch eine entsprechende isolierende Beschichtung der jeweiligen Kühlplatten bereitgestellt sein. Die Isolierung nimmt dann nicht viel Platz in Anspruch und ist besonders einfach und kostengünstig auszuführen. Durch die Verwendung ferromagnetischer Materialien kann der Induktionsschluss verbessert werden und dadurch die Energieübertragung noch effizienter gestaltet werden. Besonders vorteilhaft ist vor allem der Aufbau des Kerns aus mehreren Kühlplatten, da so diese Kühlstruktur dem Aufbau eines geblätterten Eisenkerns ähnelt beziehungsweise gleichkommt. Dies ermöglicht es vorteilhafterweise, dass durch den Kern einerseits eine besonders effiziente induktive Kopplung zur zweiten induktiven Ladeeinheit bereitgestellt werden kann, da dieser zur Bündelung des magnetischen Flusses genutzt werden kann, um die Induktivität und magnetische Flussdichte zu erhöhen, sowie gleichzeitig eine besonders effiziente Kühlung. Zusätzlich erhöht der die mehreren Kühlplatten aufweisende Kern aus ferromagnetischem Material den Wirkungsgrad und reduziert die seitlichen Streufelder der induktiven Ladeeinheit.
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Die induktive Ladeeinheit ist dabei vorzugsweise als Sekundärladeeinheit für die Anordnung am Kraftfahrzeug ausgebildet. Dies hat den großen Vorteil, dass dann zur Kühlung der Ladespule ein ohnehin im Fahrzeug vorhandener Kühler verwendet werden kann, wie dies später noch näher erläutert wird, wodurch enorm Kosten und Bauraum eingespart werden können.
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Die induktive Ladeeinheit eignet sich aber in gleicher Weise auch als Primärladeeinheit, zum Beispiel zur Anordnung an einem Untergrund. Ist die induktive Ladeeinheit als Sekundärladeeinheit ausgebildet, so ist diese weiterhin zur induktiven Kopplung mit einer entsprechenden als Primärladeeinheit ausgebildeten zweiten induktiven Ladeeinheit ausgebildet. Ist die induktive Ladeeinheit dagegen selbst als Primärladeeinheit ausgebildet, so ist diese entsprechend zur induktiven Kopplung mit einer als Sekundärladeeinheit ausgebildeten zweiten induktiven Ladeeinheit ausgebildet. Die induktive Kopplung wird durch ein zeitlich variierendes Magnetfeld hergestellt. Stellt also die induktive Ladeeinheit beispielsweise eine Primärladeeinheit dar, so ist die Spule mit einem entsprechenden Wechselstrom beaufschlagbar, um ein solches zeitlich variierendes Magnetfeld zu erzeugen, über welches in eine entsprechende Sekundärspule der zweiten induktiven Ladeeinheit ein Wechselstrom induzierbar ist. Ist die induktive Ladeeinheit selbst als Sekundärladeeinheit ausgebildet, so ist in die Spule der induktiven Ladeeinheit über ein zeitlich variierendes magnetisches Feld im mit der zweiten induktiven Ladeeinheit induktiv gekoppelten Zustand ein Wechselstrom induzierbar, welcher zum Laden des Energiespeichers des Kraftfahrzeugs verwendbar ist, zum Beispiel nach entsprechender Gleichrichtung.
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Bei einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Kern derart ausgebildet, dass dieser von einem Kühlmedium durchströmbar ist. Hierdurch kann die Kühlung noch effizienter gestaltet werden.
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Dabei ist es weiterhin vorteilhaft, wenn ein Zwischenraum zwischen je zwei einen Abstand zueinander aufweisenden Kühlplatten einen von dem Kühlmedium durchströmbaren Kühlkanal bereitstellt. Insbesondere können dabei je zwei benachbart angeordnete Kühlplatten einen solchen Zwischenraum bereitstellen. Das Kühlmedium kann also entsprechend diese Zwischenräume zwischen den jeweiligen Kühlplatten durchströmen, wodurch insgesamt eine sehr große Kühlfläche bereitgestellt wird und entsprechend eine besonders effiziente Kühlung.
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Dabei ist es weiterhin vorteilhaft, wenn zumindest manche der Kühlkanäle zur Bildung eines ersten Kühlsystems miteinander verbunden sind, sodass die Kühlkanäle des ersten Kühlsystems sukzessive von einem Kühlmedium durchströmbar sind. Insbesondere können auch alle Kühlkanäle, das heißt alle der Zwischenräume zwischen je zwei benachbart angeordneten Kühlplatten, dieses erste Kühlsystem bilden. Diese Zwischenräume zwischen den Kühlplatten können zum Beispiel mäanderförmig verbunden und somit auch mäanderförmig von dem Kühlmedium durchströmbar sein. Es kann aber auch vorgesehen sein, dass die Kühlkanäle derart verbunden sind, dass zusätzlich zum ersten Kühlsystem ein zweites Kühlsystem gebildet ist, sodass das erste Kühlsystem von einem ersten Kühlmedium durchströmbar ist und das zweite Kühlsystem von einem zweiten Kühlmedium durchströmbar ist, ohne dass sich das erste und das zweite Kühlmedium vermischen. Das erste Kühlsystem kann also zum Beispiel von Wasser durchströmbar sein, während das zweite Kühlsystem im Betrieb der induktiven Ladeeinheit von Öl durchströmt wird. Die Kühlvorrichtung zur Kühlung der induktiven Ladeeinheit kann somit vorteilhafterweise mit einem Wasser-ÖI-Kühler zur Kühlung des Getriebes und/oder der E-Maschine des Kraftfahrzeugs, an welchem die induktive Ladeeinheit angeordnet ist, gekoppelt sein. Somit können vorteilhafterweise fahrzeugseitig ohnehin vorhandene Kühler beziehungsweise Wärmetauscher oder im Allgemeinen Kühlsysteme auch zusätzlich zur Kühlung der induktiven Ladeeinheit genutzt werden, was den konstruktiven Aufwand und die Kosten auf ein Minimum reduziert.
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Alternativ ist es aber auch möglich, dass durch die Kühlkanäle nur ein einzelnes Kühlsystem bereitgestellt wird, welches dann zum Beispiel nur von Wasser oder auch nur von Öl oder jedem beliebigen anderen Kühlmedium durchströmt werden kann. Dennoch kann auch in diesem Fall eine Kopplung mit dem fahrzeugseitig vorhandenen Kühlsystem, zum Beispiel nur mit dem Ölkreislauf oder nur mit dem Wasserkreislauf, vorgesehen sein. Zur Kühlung der induktiven Ladeeinheit kann aber auch ein eigens vorgesehener Kühlkreislauf beziehungsweise eine eigens dafür vorgesehene Kühlvorrichtung bereitgestellt sein, die von einer Kühlvorrichtung zur Kühlung des Getriebes und/oder der E-Maschine separiert ist.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die mehreren Kühlplatten parallel zueinander und parallel zu einer Spulenachse angeordnet, wobei die Spule um die Spulenachse herum verläuft. Damit sind die Kühlplatten vorteilhafterweise entlang der Flussrichtung des magnetischen Flusses durch die Spule im Betrieb der induktiven Ladeeinheit ausgerichtet, was eine besonders effiziente induktive Kopplung zur zweiten Induktionseinheit beziehungsweise zur zweiten induktiven Ladeeinheit ermöglicht.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die induktive Ladeeinheit derart ausgebildet, dass der Kern entlang der Spulenachse in einer ersten Richtung, insbesondere in Richtung einer Kopplungsseite der induktiven Ladeeinheit, nicht über die Spule hinausragt. Stellt die induktive Ladeeinheit eine Sekundärladeeinheit zur Anbringung an einem Kraftfahrzeug dar, so stellt die Kopplungsseite einer im bestimmungsgemäßen Einbauzustand der induktiven Ladeeinheit dem Kraftfahrzeug abgewandten Seite der induktiven Ladeeinheit dar. Stellt die induktive Ladeeinheit zum Beispiel eine Primärladeeinheit zur Anbringung an einem Untergrund dar, so stellt die Kopplungsseite entsprechend die dem Untergrund abgewandte Seite der induktiven Ladeeinheit dar. Besonders vorteilhaft ist es nun, dass der Kern an dieser Kopplungsseite nicht über die Spule hinausragt. Der Kern kann auf dieser Kopplungsseite beispielsweise flächenbündig mit der Induktionsspule abschließen. Gerade wenn die induktive Ladeeinheit an einem Unterboden des Kraftfahrzeugs angeordnet werden soll, ist dies besonders vorteilhaft, um eine möglichst große Bodenfreiheit des Fahrzeugs zu ermöglichen.
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Weiterhin ist es besonders vorteilhaft, wenn die induktive Ladeeinheit derart ausgebildet ist, dass der Kern entlang der Spulenachse in einer zweiten Richtung, insbesondere auf einer der Kopplungsseite der induktiven Ladeeinheit gegenüberliegenden Seite, über die Spule hinausragt, insbesondere wobei an dem Teil des Kerns, welcher über die Spule hinausragt, mindestens ein Zufuhranschluss zur Zuführung eines Kühlmediums in den Kern angeordnet ist, sowie mindestens ein Abführanschluss zur Abführung eines Kühlmediums aus dem Kern angeordnet ist.
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Diese zweite Richtung ist also der oben genannten ersten Richtung entgegengesetzt. Dadurch, dass also beispielsweise ein oberes Ende des Kerns über die Spule hinausragt, kann vorteilhafterweise der Zugang zu den Anschlüssen für das Kühlmedium, also beispielsweise Wasser und/oder Öl, gewährleistet werden. Soll beispielsweise eine Kühlung mittels mehrerer verschiedener Kühlmedien, zum Beispiel Wasser und Öl, wie oben beschrieben, bereitgestellt werden, so kann für ein jeweiliges Kühlmedium auch ein entsprechender Zufuhranschluss sowie ein entsprechender separater Abführanschluss vorgesehen sein, so dass also Beispielsweise insgesamt vier Anschüsse an dem Teil des Kerns angeordnet sind.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die induktive Ladeeinheit eine Abschirmeinrichtung auf, die dazu ausgelegt ist, ein magnetisches Feld zumindest zum Teil abzuschirmen oder zumindest zu schwächen. Somit kann vorteilhafterweise die beim induktiven Laden entstehende Störstrahlung geschirmt oder geschwächt werden und durch die Abschirmeinrichtung beispielsweise im Kraftfahrzeug über der induktiven Ladeeinheit angeordnete Elektronik vor einer solchen Strahlung geschützt werden.
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Des Weiteren betrifft die Erfindung auch ein Kraftfahrzeug mit einer erfindungsgemäßen induktiven Ladeeinheit oder einer ihrer Ausgestaltungen. In diesem Fall ist die induktive Ladeeinheit dann als Sekundärladeeinheit ausgeführt, in welche im gekoppelten Zustand mit einer zweiten induktiven Ladeeinheit, insbesondere einer Primärladeeinheit, ein Strom in die Spule der induktiven Ladeeinheit zum Laden des Energiespeichers des Kraftfahrzeugs induzierbar ist.
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Die für die erfindungsgemäße induktive Ladeeinheit und ihre Ausführungen genannten Vorteile gelten in gleicher Weise für das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug.
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Besonders vorteilhaft ist es dabei, wenn die induktive Ladeeinheit an einem Unterboden des Kraftfahrzeugs angeordnet ist, zum Beispiel in einem Bereich der Vorderachse des Kraftfahrzeugs. Dies ermöglicht es, die induktive Ladeeinheit besonders großflächig auszuführen und damit ein Laden mit sehr hoher Leistung zu ermöglichen. Weiterhin ist es besonders vorteilhaft, wenn die oben beschriebene Abschirmeinrichtung durch einen Teil eines Fahrschemels des Kraftfahrzeugs gebildet ist. Ein solcher Fahrschemel oder auch ein Hilfsrahmen, der ohnehin am Kraftfahrzeug verbaut ist, kann somit vorteilhafterweise als solche Abschirmeinrichtung dienen, was besonders kostengünstig ist. Hierzu kann der Fahrschemel beziehungsweise der Hilfsrahmen an entsprechender Stelle, nämlich im Bereich über der induktiven Ladeeinheit, verbreitert beziehungsweise flächig ausgeführt werden, sodass sich dieser flächige Bereich vorzugsweise über die gesamte induktive Ladeeinheit zwischen dieser induktiven Ladeeinheit und dem Unterboden des Kraftfahrzeugs erstreckt. Dadurch ist eine besonders effiziente und gleichzeitig kostengünstige Schirmung des magnetischen Feldes möglich.
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Die Erfindung umfasst auch die Kombinationen der Merkmale der beschriebenen Ausführungsformen.
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Im Folgenden sind Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben. Hierzu zeigt:
- 1 eine schematische Darstellung einer induktiven Ladeeinheit in einer perspektivischen Untenansicht gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
- 2 eine schematische Darstellung der induktiven Ladeeinheit aus 1 in einer perspektivischen Obenansicht; und
- 3 eine schematische Darstellung eines Kraftfahrzeugs mit einer induktiven Ladeeinheit gemäß einem 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 bezeichnen gleiche Bezugszeichen jeweils funktionsgleiche Elemente.
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1 zeigt eine schematische Darstellung einer induktiven Ladeeinheit 10 in einer perspektivischen Untenansicht gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. 2 zeigt diese induktive Ladeeinheit 10 nochmal in einer perspektivischen Draufsicht. Die induktive Ladeeinheit 10 weist einen Kern 12 und eine um den Kern 12 verlaufende Spule 14 auf. Der Kern 12 weist wiederum mehrere aus einem metallischen, insbesondere ferromagnetischen, Material gebildete Kühlplatten 16 auf, wobei in 1 und 2 aus Gründen der Übersichtlichkeit nur manche mit einem Bezugszeichen versehen sind. Diese Kühlplatten 16 sind dabei parallel zueinander ausgerichtet und weisen einen Abstand d (vergleiche 2) zueinander auf. Weiterhin sind diese Kühlplatten 16 zueinander und gegenüber der Spule 14 elektrisch isoliert, zu welchem Zweck die jeweiligen Kühlplatten 16 zum Beispiel mit einer entsprechenden elektrisch isolierenden Beschichtung beschichtet sein können. Durch den Abstand d zwischen den jeweiligen Kühlplatten sind entsprechende Zwischenräume zwischen den Kühlplatten 16 gebildet, die Kühlkanäle darstellen, die von einem Kühlmedium, zum Beispiel Wasser und/oder Öl, durchströmbar sind. Nach außen hin sind diese Kühlkanäle abgedichtet und im Inneren des Kerns 12 können diese jeweiligen Kühlkanäle miteinander verbunden sein, zum Beispiel mäanderförmig, sodass diese Kühlkanäle sukzessive von dem Kühlmedium durchströmbar sind. Weiterhin sind die Kühlplatten 16 parallel zu einer parallel zur z-Achse des dargestellten Koordinatensystems verlaufenden Spulenachse A angeordnet. Mit anderen Worten ist eine Flächennormale der jeweiligen Seitenflächen der Kühlplatten 16 senkrecht zur Spulenachse A, wobei eine jeweilige Kühlplatte 16 durch zwei gegenüberliegende Seitenflächen in ihrer Dicke begrenzt ist, die kleiner ist als eine Länge und eine Breite einer jeweiligen Kühlplatte 16. Dadurch verlaufen die Kühlplatten 16 vorteilhafterweise auch parallel zur Öffnungsrichtung des im Betrieb der induktiven Ladeeinheit 10 bereitgestellten magnetischen Flusses.
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Durch diese Anordnung aus Kühlplatten 16, die aus ferromagnetischem Metall gebildet sind und die gegeneinander galvanisch isoliert sind, ist der Kühler beziehungsweise Wärmetauscher ähnlich aufgebaut wie ein geblätterter Eisenkern. Entsprechend kann diese Kühlplattenanordnung 12 nicht nur zur Kühlung, sondern auch zur Bündelung des magnetischen Flusses genutzt werden, um die Induktivität und magnetische Flussdichte zu erhöhen. Damit kann durch die Erfindung und ihre Ausführungsformen also vorteilhafterweise gleichzeitig eine besonders effiziente Kühlung der induktiven Ladeeinheit 10 bereitgestellt werden, was den Wirkungsgrad des Ladesystems erhöht, sowie auch die maximal übertragbare Leistung, da diese üblicherweise durch die maximal zulässige Erwärmung der Ladeplatten begrenzt ist. Zusätzlich erhöht der die mehreren Kühlplatten 16 aufweisende geblechte Kern aus ferromagnetischem Material den möglichen Wirkungsgrad und reduziert die seitlichen Streufelder der induktiven Ladevorrichtung. Wird dann die Spule 14 und der geblechte Kern 12 durch Bewegung des Kühlmittels im Kühlkreis des Kühlers aktiv gekühlt, ermöglicht dies außerdem die Übertragung von höheren Leistungen durch das Ladesystem.
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Grundsätzlich kann die induktive Ladeeinheit 10 sowohl als Primärladeeinheit zur Anordnung an einem Untergrund 20 (vgl. 3) ausgebildet sein, sowie auch als Sekundärladeeinheit zur Anbringung an einem Kraftfahrzeug 18 (vgl. 3). Ist die induktive Ladeeinheit 10 als Primärladeeinheit ausgebildet, so wird die Spule 14 mit einem entsprechenden Wechselstrom beaufschlagt, wodurch ein zeitlich veränderliches magnetisches Feld erzeugt wird, mittels welchem in eine entsprechende Sekundärspule ein elektrischer Strom induzierbar ist. Ist die induktive Ladeeinheit 10 dagegen als Sekundärladeeinheit ausgebildet, so wird in die Spule 14, wenn sich die induktive Ladeeinheit im zeitlich veränderlichen magnetischen Feld, welches durch eine entsprechenden Primärladeeinheit erzeugt wurde, befindet, ein elektrischer Strom induziert, durch welchen dann entsprechend ein Energiespeicher 24 (vgl. 3) des Kraftfahrzeugs 18 geladen wird.
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Besonders vorteilhaft ist es nun vor allem, wenn der Kern 12 derart ausgebildet ist, dass er auf einer Kopplungsseite 10a flächenbündig mit der Spule 14 abschließt. Beim induktiven Laden stellt die Kopplungsseite 10a diejenige Seite der induktiven Ladeeinheit 10 dar, welche einer entsprechenden Fläche einer zweiten induktiven Ladeeinheit, mit welcher die vorliegende induktive Ladeeinheit dann induktiv gekoppelt ist, gegenüberliegend angeordnet ist. Ist die induktive Ladeeinheit 10 beispielsweise an einem Kraftfahrzeug 18, wie in 3 dargestellt, angeordnet, insbesondere an einem Unterboden 18a des Kraftfahrzeugs 18, so stellt die Kopplungsseite 10a die dem Untergrund 20 des Kraftfahrzeugs 18 zugewandte Seite und dem Kraftfahrzeug 18 beziehungsweise der Kraftfahrzeugkarosserie abgewandte Seite der induktiven Ladeeinheit 10 dar. Dadurch, dass der Kern 12 auf der Kopplungsseite 10a flächenbündig mit der Spule 14 abschließt, wird die Bodenfreiheit des Kraftfahrzeugs 18 vorteilhafterweise maximiert. Auf der gegenüberliegenden Seite 10b der induktiven Ladeeinheit 10 ist es jedoch bevorzugt, dass der Kern 12 zumindest zum Teil über die Spule 14 hinausragt, sodass vorteilhafterweise ein möglichst einfacher Zugang zu den Anschlüssen 22a, 22b gewährleistet ist.
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Insbesondere ist hierbei ein erster Zuführanschluss 22a für die Zuführung eines Kühlmediums vorgesehen, sowie ein erster Abführanschluss 22b für die entsprechende Abführung des Kühlmediums, nachdem dieses die Kühlkanäle des Kerns 12 durchlaufen hat. Soll der Kern 12 zum Beispiel durch verschiedene Kühlmedien, zum Beispiel Wasser und Öl gleichzeitig durchströmbar sein, was dadurch bereitgestellt werden kann, indem zwei voneinander räumlich separierte Kühlkanalsysteme in den Kern 12 integriert sind, so kann ein weiteres Paar Anschlüsse 22a, 22b am oberen des Kerns 12 Teil, der über die Spule 14 hinausragt, angeordnet sein.
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3 zeigt, wie erwähnt, eine schematische Darstellung eines Kraftfahrzeugs 18 mit einer induktiven Ladeeinheit 10 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die induktive Ladeeinheit 10 ist in diesem Beispiel an einem Unterboden 18a des Kraftfahrzeugs 18 angeordnet, insbesondere im Bereich einer Vorderachse des Kraftfahrzeugs 18. Weiterhin weist das Kraftfahrzeug einen Energiespeicher 24, insbesondere eine Batterie, vorzugsweise eine Hochvolt-Batterie, auf. Zudem ist das Kraftfahrzeug 18 als Hybridfahrzeug mit einem E-Maschine oder als reines Elektrofahrzeug ausgebildet. Ist die induktive Ladeeinheit zum Laden des Energiespeichers 24 induktiv mit einer zweiten induktiven Ladeeinheit 26, die in den Untergrund 20 integriert ist, gekoppelt, so kann mittels einer solchen zweiten induktiven Ladeeinheit 26 ein Strom in die Spule 14 der induktiven Ladeeinheit 10 induziert werden, der, zum Beispiel nach geeigneter Umwandlung, insbesondere Gleichrichtung, zum Laden des Energiespeichers 24 verwendet wird. Auch diese zweite induktive Ladeeinheit 26 kann optional als eine induktive Ladeeinheit 10 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ausgebildet sein.
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Zusätzlich kann durch ein flächig ausgeführtes Strebenkreuz des Kraftfahrzeugs 18 oder im Allgemeinen durch einen flächig ausgeführten Bereich eines Hilfsrahmens oder Fahrschemels des Kraftfahrzeugs 18 eine Abschirmeinrichtung bereitgestellt sein, durch welche die auf die Fahrzeugelektronik einwirkende Störstrahlung geschirmt werden kann.
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Insgesamt zeigen die Beispiele, wie durch die Erfindung eine induktive Ladeeinheit und ein Kraftfahrzeug mit einer solchen induktiven Ladeeinheit bereitgestellt werden, die es durch die Integration einer Kühlvorrichtung in den Spulenkern ermöglichen, die Kühleffizienz zu steigern, den Wirkungsgrad der induktiven Ladeeinheit zu erhöhen und außerdem eine Übertragung von höheren Leistungen auf sehr bauraumeffiziente Weise ermöglichen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102012105037 A1 [0003]
- US 2017/0274778 A1 [0004]
- EP 0651404 A1 [0004]
