DE102018209882A1 - Charging tunnel for inductive charging of a vehicle - Google Patents

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Abstract

Es wird ein Ladetunnel (200) zum induktiven Laden eines elektrischen Energiespeichers (103) eines durch den Ladetunnel (200) fahrenden Fahrzeugs (100) beschrieben. Der Ladetunnel (200) umfasst einen für Fahrzeuge (100) befahrbaren Tunnelboden (202) sowie eine den Tunnelboden (202) zumindest bereichsweise vor Niederschlag schützende Tunneldecke (203). Der Tunnelboden (202) und die Tunneldecke (203) bilden eine Querschnittsfläche senkrecht zu einem Verlauf des Ladetunnels (200), die es einem Fahrzeug (100) ermöglicht, auf dem Tunnelboden (202) durch den Ladetunnel (200) zu fahren. Außerdem umfasst der Ladetunnel (200) eine entlang des Verlaufs des Ladetunnels (200) angeordnete Reihe von Primärspulen (111, 211), wobei die Primärspulen (111, 211) eingerichtet sind, ein magnetisches Ladefeld zu genieren, das ausgebildet ist, in einer Sekundärspule (121, 221) eines durch den Ladetunnel (200) fahrenden Fahrzeugs (100) einen Ladestrom zum Laden eines elektrischen Energiespeichers (103) des Fahrzeugs (100) zu induzieren.A charging tunnel (200) for inductively charging an electrical energy store (103) of a vehicle (100) traveling through the charging tunnel (200) is described. The loading tunnel (200) comprises a tunnel floor (202) which can be driven on by vehicles (100) and a tunnel ceiling (203) which protects the tunnel floor (202) at least in regions from precipitation. The tunnel floor (202) and the tunnel ceiling (203) form a cross-sectional area perpendicular to a course of the loading tunnel (200), which enables a vehicle (100) to drive through the loading tunnel (200) on the tunnel floor (202). In addition, the charging tunnel (200) comprises a row of primary coils (111, 211) arranged along the course of the charging tunnel (200), the primary coils (111, 211) being set up to generate a magnetic charging field that is designed in a secondary coil (121, 221) of a vehicle (100) traveling through the charging tunnel (200) to induce a charging current for charging an electrical energy store (103) of the vehicle (100).

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum induktiven Laden eines Fahrzeugs, insbesondere zum induktiven Laden eines Straßenkraftfahrzeugs.The invention relates to a device for inductively charging a vehicle, in particular for inductively charging a road motor vehicle.

Fahrzeuge mit Elektroantrieb verfügen typischerweise über einen elektrischen Energiespeicher (etwa eine elektrochemische Batterie), in dem elektrische Energie zum Betrieb eines elektrischen Antriebsmotors des Fahrzeugs gespeichert werden kann. Der Energiespeicher des Fahrzeugs kann mit elektrischer Energie aus einem Stromversorgungsnetz aufgeladen werden. Zu diesem Zweck wird der Energiespeicher mit dem Stromversorgungsnetz gekoppelt, um die elektrische Energie aus dem Stromversorgungsnetz in den Energiespeicher des Fahrzeugs zu übertragen. Die Kopplung kann drahtgebunden (über ein Ladekabel) und/oder drahtlos (anhand einer induktiven Kopplung zwischen einer Ladestation und dem Fahrzeug) erfolgen.Vehicles with an electric drive typically have an electrical energy store (for example an electrochemical battery) in which electrical energy for operating an electric drive motor of the vehicle can be stored. The vehicle's energy storage device can be charged with electrical energy from a power supply network. For this purpose, the energy store is coupled to the power supply network in order to transfer the electrical energy from the power supply network into the energy store of the vehicle. The coupling can be wired (via a charging cable) and / or wireless (using an inductive coupling between a charging station and the vehicle).

Das Aufladen eines elektrischen Energiespeichers eines Fahrzeugs nimmt typischerweise einen relativ langen Zeitraum in Anspruch, was dazu führt, dass Fahrzeuge mit einem elektrischen Antrieb heute meist nicht für längere Fahrstrecken, die ein zwischenzeitlichen Aufladen des Energiespeichers erfordern, verwendet werden.Charging an electrical energy store of a vehicle typically takes a relatively long period of time, which means that vehicles with an electric drive are usually not used today for longer journeys that require the energy store to be recharged in the meantime.

Das vorliegende Dokument befasst sich mit der technischen Aufgabe, eine Ladevorrichtung für ein Fahrzeug, insbesondere für ein Straßenkraftfahrzeug, bereitzustellen, die ein zeiteffizientes Laden eines elektrischen Energiespeichers des Fahrzeugs ermöglicht, insbesondere um das Fahrzeug für relativ lange Fahrstrecken nutzen zu können.The present document deals with the technical problem of providing a charging device for a vehicle, in particular for a road vehicle, which enables time-efficient charging of an electrical energy store of the vehicle, in particular in order to be able to use the vehicle for relatively long driving distances.

Die Aufgabe wird durch die unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen werden u.a. in den abhängigen Ansprüchen beschrieben. Es wird darauf hingewiesen, dass zusätzliche Merkmale eines von einem unabhängigen Patentanspruch abhängigen Patentanspruchs ohne die Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs oder nur in Kombination mit einer Teilmenge der Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs eine eigene und von der Kombination sämtlicher Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs unabhängige Erfindung bilden können, die zum Gegenstand eines unabhängigen Anspruchs, einer Teilungsanmeldung oder einer Nachanmeldung gemacht werden kann. Dies gilt in gleicher Weise für in der Beschreibung beschriebene technische Lehren, die eine von den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche unabhängige Erfindung bilden können.The task is solved by the independent claims. Advantageous embodiments include described in the dependent claims. It is pointed out that additional features of a claim dependent on an independent claim without the features of the independent claim or only in combination with a subset of the features of the independent claim can form a separate invention that is independent of the combination of all features of the independent claim can be made the subject of an independent claim, a divisional application or a late application. This applies in the same way to the technical teachings described in the description, which can form an invention that is independent of the features of the independent claims.

Gemäß einem Aspekt wird ein Ladetunnel zum induktiven Laden eines elektrischen Energiespeichers eines durch den Ladetunnel fahrenden Fahrzeugs beschrieben. Der Ladetunnel umfasst einen für Fahrzeuge (insbesondere für Straßenkraftfahrzeuge) befahrbaren Tunnelboden. Außerdem umfasst der Ladetunnel eine den Tunnelboden zumindest bereichsweise (oder bevorzugt über die gesamte Strecke des Ladetunnels) vor Niederschlag schützende Tunneldecke. Insbesondere kann die Tunneldecke eine Einhausung des Tunnelbodens bilden. Der Tunnelboden und die Tunneldecke bilden eine Querschnittsfläche senkrecht zu dem Verlauf des Ladetunnels, die es einem Fahrzeug ermöglicht, auf dem Tunnelboden durch den Ladetunnel zu fahren.According to one aspect, a charging tunnel for inductively charging an electrical energy store of a vehicle traveling through the charging tunnel is described. The loading tunnel comprises a tunnel floor that can be driven on by vehicles (in particular road vehicles). In addition, the loading tunnel comprises a tunnel ceiling that protects the tunnel floor from precipitation at least in regions (or preferably over the entire distance of the loading tunnel). In particular, the tunnel ceiling can form an enclosure for the tunnel floor. The tunnel floor and the tunnel ceiling form a cross-sectional area perpendicular to the course of the loading tunnel, which enables a vehicle to drive through the loading tunnel on the tunnel floor.

Ferner umfasst der Ladetunnel eine entlang des Verlaufs des Ladetunnels angeordnete Reihe von Primärspulen, wobei die Primärspulen jeweils eingerichtet sind, ein magnetisches Ladefeld zu genieren. Das magnetische Ladefeld kann ausgebildet sein, in einer Sekundärspule eines durch den Ladetunnel fahrenden Fahrzeugs einen Ladestrom zum Laden eines elektrischen Energiespeichers des Fahrzeugs zu induzieren. Zu diesem Zweck kann das magnetische Ladefeld ein Wechselfeld sein (z.B. mit einer Frequenz zwischen 80kHz und 90kHz, insbesondere mit einer Frequenz bei ca. 85kHz).Furthermore, the charging tunnel comprises a row of primary coils arranged along the course of the charging tunnel, the primary coils each being set up to generate a magnetic charging field. The magnetic charging field can be designed to induce a charging current for charging an electrical energy store of the vehicle in a secondary coil of a vehicle traveling through the charging tunnel. For this purpose, the magnetic charging field can be an alternating field (e.g. with a frequency between 80kHz and 90kHz, in particular with a frequency at approx. 85kHz).

Die Reihe von Primärspulen kann sich von der Einfahrt des Ladetunnels bis zu der Ausfahrt des Ladetunnels erstrecken. Dabei können die Primärspulen derart angeordnet und/oder ausgebildet sein, dass an jedem Ort entlang des Verlaufs des Ladetunnels ein magnetisches Ladefeld bereitgestellt werden kann, mit dem eine bestimmte Mindestladeleistung zum Laden eines elektrischen Energiespeichers eines Fahrzeugs bewirkt werden kann (z.B. eine Mindestladeleistung von 5kW, 10kW, 20kW oder mehr). Der Ladetunnel kann eine Länge von 500 Metern, 1km, 2km oder mehr aufweisen.The series of primary coils can extend from the entrance of the loading tunnel to the exit of the loading tunnel. The primary coils can be arranged and / or designed such that a magnetic charging field can be provided at any location along the course of the charging tunnel, with which a certain minimum charging power for charging an electrical energy store of a vehicle can be achieved (for example a minimum charging power of 5 kW, 10kW, 20kW or more). The loading tunnel can have a length of 500 meters, 1 km, 2 km or more.

Durch die Bereitstellung eines Ladetunnels wird es einem Nutzer ermöglicht, den Energiespeicher seines Fahrzeugs während der Fahrt durch den Ladetunnel aufzuladen. So kann (während der Fahrt) ein zeiteffizientes Laden bewirkt werden. Des Weiteren kann aufgrund der Abschirmung von Witterungseinflüssen innerhalb des Ladetunnels in zuverlässiger Weise eine gleichbleibend hohe Ladeleistung bereitgestellt werden.The provision of a charging tunnel enables a user to charge his vehicle's energy store while driving through the charging tunnel. In this way, time-efficient charging can be achieved (while driving). Furthermore, due to the shielding of weather influences within the charging tunnel, a consistently high charging capacity can be reliably provided.

Der Ladetunnel kann eine Reihe von Decken-Primärspulen umfassen, die entlang des Verlaufs des Ladetunnels an und/oder in der Tunneldecke angeordnet und/oder befestigt sind. Durch die Bereitstellung von Decken-Primärspulen kann ein induktives Laden über eine Sekundärspule an der Oberseite bzw. an dem Dach eines Fahrzeugs erfolgen. Die Decken-Primärspulen sind dabei in besonders geringem Maße Verschmutzung und/oder Witterungseinflüssen ausgesetzt, so dass über die Decken-Primärspulen in besonders zuverlässiger Weise eine gleichbleibend hohe Ladeleistung bereitgestellt werden kann.The loading tunnel can comprise a series of ceiling primary coils which are arranged and / or fastened on and / or in the tunnel ceiling along the course of the loading tunnel. By providing ceiling primary coils, inductive charging can take place via a secondary coil on the top or on the roof of a vehicle. The ceiling primary coils are particularly exposed to soiling and / or weather conditions, so that the ceiling Primary coils can be provided in a particularly reliable manner, a consistently high charging power.

Alternativ oder ergänzend kann der Ladetunnel eine Reihe von Boden-Primärspulen umfassen, die entlang des Verlaufs des Ladetunnels an und/oder in dem Tunnelboden angeordnet und/oder befestigt sind. Durch die Bereitstellung von Boden-Primärspulen kann ein effizientes induktives Laden über die Unterbodenfreiheit eines Fahrzeugs erfolgen.As an alternative or in addition, the loading tunnel can comprise a series of ground primary coils which are arranged and / or fastened on and / or in the tunnel floor along the course of the loading tunnel. By providing ground primary coils, efficient inductive charging can take place via the underbody clearance of a vehicle.

Durch die kombinierte Bereitstellung von Boden-Primärspulen und Decken-Primärspulen können die Ladeleistung zum Laden des elektrischen Energiespeichers eines Fahrzeugs erhöht und somit die Ladezeit reduziert werden. So können die Länge eines Ladetunnels reduziert und die zulässige Fahrgeschwindigkeit von Fahrzeugen innerhalb des Ladetunnels erhöht werden.The combined provision of floor primary coils and ceiling primary coils can increase the charging power for charging the electrical energy store of a vehicle and thus reduce the charging time. In this way, the length of a loading tunnel can be reduced and the permissible driving speed of vehicles within the loading tunnel can be increased.

Der Tunnelboden kann ausgebildet sein, um auf eine für Fahrzeuge befahrbaren Fahrbahn gelegt zu werden. Dabei kann der Ladetunnel an der Einfahrt und/oder an der Ausfahrt des Ladetunnels jeweils eine Rampe aufweisen, die es einem Fahrzeug ermöglicht, (möglichst ruckfrei) an der Einfahrt von der Fahrbahn auf den Tunnelboden und/oder an der Ausfahrt von dem Tunnelboden auf die Fahrbahn zu fahren. Die Bereitstellung eines zusätzlichen Tunnelbodens (zusätzlich zu einer darunter liegenden Fahrbahn), ermöglicht einen effizienten Verbau einer Reihe von (Boden-) Primärspulen innerhalb des Ladetunnels (insbesondere innerhalb des Tunnelbodens).The tunnel floor can be designed to be placed on a roadway that can be driven on by vehicles. The loading tunnel may have a ramp at the entrance and / or at the exit of the loading tunnel, which enables a vehicle to move (as jerk-free as possible) at the entrance from the carriageway onto the tunnel floor and / or at the exit from the tunnel floor onto the Driving lane. The provision of an additional tunnel floor (in addition to an underlying lane) enables an efficient installation of a number of (floor) primary coils within the loading tunnel (especially within the tunnel floor).

Der Ladetunnel kann ausgebildet sein, inklusive der Tunneldecke und/oder inklusive des Tunnelbodens, an unterschiedliche Stellen eines Straßennetzes transportiert und/ an unterschiedlichen Stellen eines Straßennetzes installiert zu werden. Es kann somit ein „mobiler“ Ladetunnel bereitgestellt werden, der in kosteneffizienter Weise aufgebaut und an geeigneten Stellen eines Straßennetzes platziert werden kann.The loading tunnel can be designed, including the tunnel ceiling and / or including the tunnel floor, to be transported to different locations on a road network and / to be installed at different locations in a road network. A “mobile” loading tunnel can thus be provided, which can be set up in a cost-efficient manner and placed at suitable points in a road network.

Der Ladetunnel kann eingerichtet sein, Positionsinformation in Bezug auf zumindest eine Sekundärspule eines durch den Ladetunnel fahrenden Fahrzeugs zu ermitteln. Die Positionsinformation kann anzeigen, ob das Fahrzeug eine an der Oberseite (insbesondere an dem Dach) des Fahrzeugs angeordnete Dach-Sekundärspule aufweist. Des Weiteren kann die Positionsinformation anzeigen, ob das Fahrzeug eine an dem Boden des Fahrzeugs angeordnete Boden-Sekundärspule aufweist. Zur Ermittlung der Positionsinformation können z.B. Bilddaten einer Bildkamera des Ladetunnels ausgewertet werden. Alternativ oder ergänzend kann die Positionsinformation auf Basis von einer „Vehicle-to-Infrastructure“ Kommunikationsnachricht von einem Fahrzeug an den Ladetunnel ermittelt werden.The charging tunnel can be set up to determine position information in relation to at least one secondary coil of a vehicle traveling through the charging tunnel. The position information can indicate whether the vehicle has a roof secondary coil arranged on the top (in particular on the roof) of the vehicle. Furthermore, the position information can indicate whether the vehicle has a floor secondary coil arranged on the floor of the vehicle. To determine the position information, e.g. Image data from an image camera of the charging tunnel can be evaluated. Alternatively or additionally, the position information can be determined on the basis of a “vehicle-to-infrastructure” communication message from a vehicle to the loading tunnel.

Der Ladetunnel kann eine Steuereinheit aufweisen, die eingerichtet ist, Sensordaten (z.B. Bilddaten) und/oder Vehicle-to-Infrastructure Kommunikationsnachrichten auszuwerten, um die Positionsinformation zu ermitteln. Ferner kann die Steuereinheit eingerichtet sein, die Reihe von Decken-Primärspulen und/oder die Reihe von Boden-Primärspulen in Abhängigkeit von der Positionsinformation zu betreiben. Beispielsweise kann (ggf. nur) die Reihe von Decken-Primärspulen betrieben werden, wenn die Positionsinformation anzeigt, dass das Fahrzeug (ggf. nur) eine Dach-Sekundärspule aufweist. Alternativ oder ergänzend kann (ggf. nur) die Reihe von Boden-Primärspulen betrieben werden, wenn die Positionsinformation anzeigt, dass das Fahrzeug (ggf. nur) eine Boden-Sekundärspule aufweist.The loading tunnel can have a control unit that is set up to evaluate sensor data (e.g. image data) and / or vehicle-to-infrastructure communication messages in order to determine the position information. Furthermore, the control unit can be set up to operate the row of ceiling primary coils and / or the row of floor primary coils as a function of the position information. For example, the row of ceiling primary coils can (if applicable only) be operated if the position information indicates that the vehicle (possibly only) has a roof secondary coil. Alternatively or additionally, the row of ground primary coils can (if necessary only) be operated if the position information indicates that the vehicle (possibly only) has a ground secondary coil.

Die ein oder mehreren Reihen von Primärspulen können betrieben werden, um ein magnetisches Ladefeld zu generieren, das eingerichtet ist, einen Ladestrom in den ein oder mehreren Sekundärspulen des durch den Ladetunnel fahrenden Fahrzeugs zu induzieren. So kann ein zuverlässiger induktiver Ladevorgang mit hohen Ladeleistungen ermöglicht werden.The one or more rows of primary coils can be operated to generate a magnetic charging field that is configured to induce a charging current in the one or more secondary coils of the vehicle traveling through the charging tunnel. This enables a reliable inductive charging process with high charging powers.

Die Tunneldecke kann eine Höhe aufweisen, die die Höhe eines bestimmten Fahrzeugtyps, insbesondere des Typs der Personenkraftwagen oder des Typs der Lastkraftwagen, um 20%, 10% oder weniger übersteigt. Mit anderen Worten, die Tunneldecke kann relativ nah an der Oberseite der Fahrzeuge angeordnet sein, die innerhalb des Ladetunnels geladen werden sollen. So können in effizienter Weise relativ hohe Ladeleistungen über die Decken-Primärspulen an der Tunneldecke ermöglicht werden.The tunnel ceiling can have a height that exceeds the height of a certain type of vehicle, in particular the type of passenger car or the type of truck, by 20%, 10% or less. In other words, the tunnel ceiling can be arranged relatively close to the top of the vehicles to be loaded within the loading tunnel. Relatively high charging capacities can thus be made possible in an efficient manner via the primary coils on the tunnel ceiling.

Der Ladetunnel (insbesondere die Steuereinheit des Ladetunnels) kann eingerichtet sein, zu bestimmen, dass ein Fahrzeug an der Einfahrt des Ladetunnels in den Ladetunnel gefahren ist oder fahren wird. Zu diesem Zweck können z.B. Bilddaten einer Bildkamera an der Einfahrt des Ladetunnels ausgewertet werden.The loading tunnel (in particular the control unit of the loading tunnel) can be set up to determine that a vehicle has or will drive at the entrance of the loading tunnel into the loading tunnel. For this purpose e.g. Image data from an image camera at the entrance to the loading tunnel can be evaluated.

Ferner kann der Ladetunnel (insbesondere die Steuereinheit des Ladetunnels) eingerichtet sein, in Reaktion darauf, dass ein Fahrzeug an der Einfahrt des Ladetunnels detektiert wurde, die Primärspulen der Reihe von Primärspulen sequentiell (nach und nach) beginnend an einem der Einfahrt des Ladetunnels zugewandten Ende der Reihe von Primärspulen zu betreiben, um ein magnetisches Ladefeld zu erzeugen, das sich von der Einfahrt des Ladetunnels entlang des Verlaufs des Ladetunnels zu der Ausfahrt des Ladetunnels hin bewegt. Dabei kann die Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs ermittelt und berücksichtigt werden, um zu bewirken, dass sich das magnetische Ladefeld synchron mit dem Fahrzeug entlang des Verlaufs des Ladetunnels durch den Ladetunnel bewegt.Furthermore, the charging tunnel (in particular the control unit of the charging tunnel) can be set up, in response to the fact that a vehicle has been detected at the entrance of the charging tunnel, the primary coils of the row of primary coils sequentially (gradually) starting at an end facing the entrance of the charging tunnel the series of primary coils to generate a magnetic charging field that moves from the entrance of the loading tunnel along the course of the loading tunnel to the exit of the loading tunnel. The driving speed of the vehicle can be determined and are taken into account in order to cause the magnetic charging field to move through the charging tunnel in synchronization with the vehicle along the course of the charging tunnel.

Die Erzeugung eines magnetischen Ladefelds kann somit bevorzugt auf die aktuelle Position der ein oder mehreren Sekundärspulen eines Fahrzeugs beschränkt sein. An Orten, an denen kein Fahrzeug angeordnet ist, wird bevorzugt kein magnetisches Ladefeld erzeugt. So kann ein besonders energieeffizientes Laden der Energiespeicher von Fahrzeugen bewirkt werden.The generation of a magnetic charging field can thus preferably be limited to the current position of the one or more secondary coils of a vehicle. In places where no vehicle is arranged, a magnetic charging field is preferably not generated. This enables a particularly energy-efficient charging of the energy stores of vehicles.

Der Ladetunnel kann ein oder mehrere Solarzellen (insbesondere Solarmodule) umfassen, die an der Außenseite der Tunneldecke angeordnet sind (wobei die Außenseite dem Himmel zugewandt sein kann). Dabei kann die Tunneldecke eine gewölbte Form aufweisen, um eine möglichst große Fläche für die Anordnung von Solarzellen bzw. Solarmodulen bereitzustellen. Die ein oder mehreren Solarzellen bzw. Solarmodule können eingerichtet sein, in Reaktion auf Sonneneinstrahlung elektrische Energie zu erzeugen. Der Ladetunnel kann eingerichtet sein, das magnetische Ladefeld auf Basis von elektrischer Energie zu generieren, die von den ein oder mehreren Solarzellen erzeugt wurde. Dabei kann der Ladetunnel ggf. einen elektrischen Energiespeicher aufweisen, um die von dem ein oder mehreren Solarzellen erzeugte elektrische Energie zwischen zu speichern. So kann ein besonders energieeffizientes und klimafreundliches Laden von Fahrzeugen ermöglicht werden.The charging tunnel can comprise one or more solar cells (in particular solar modules), which are arranged on the outside of the tunnel ceiling (the outside can face the sky). The tunnel ceiling can have a curved shape in order to provide the largest possible area for the arrangement of solar cells or solar modules. The one or more solar cells or solar modules can be set up to generate electrical energy in response to solar radiation. The charging tunnel can be set up to generate the magnetic charging field based on electrical energy generated by the one or more solar cells. The charging tunnel can optionally have an electrical energy store in order to temporarily store the electrical energy generated by the one or more solar cells. This enables particularly energy-efficient and climate-friendly charging of vehicles.

Der Ladetunnel kann eine Reihe von baugleichen Tunnelsegmenten umfassen bzw. aus einer Reihe von baugleichen Tunnelsegmenten zusammengesetzt sein. Ein Tunnelsegment kann dabei an einem ersten Ende ein oder mehrere erste Kupplungselemente und an einem zweiten Ende ein oder mehrere zweite Kupplungselemente umfassen. Dabei können ein oder mehreren ersten Kupplungselemente komplementär zu den ein oder mehreren zweiten Kupplungselementen sein. Insbesondere können die Kupplungselemente derart sein, dass zwei direkt aufeinanderfolgende Tunnelsegmente über die ein oder mehreren ersten Kupplungselemente eines ersten Tunnelsegments und die ein oder mehreren zweiten Kupplungselemente eines zweiten Tunnelsegments (fest) miteinander verbunden werden können. Durch den Aufbau eines Ladetunnels mit baugleichen Tunnelsegmenten können Ladetunnel in kosteneffizienter und flexibler Weise bereitgestellt werden.The loading tunnel can comprise a number of identical tunnel segments or can be composed of a number of identical tunnel segments. A tunnel segment can comprise one or more first coupling elements at a first end and one or more second coupling elements at a second end. One or more first coupling elements can be complementary to the one or more second coupling elements. In particular, the coupling elements can be such that two directly successive tunnel segments can be (firmly) connected to one another via the one or more first coupling elements of a first tunnel segment and the one or more second coupling elements of a second tunnel segment. By building a loading tunnel with identical tunnel segments, loading tunnels can be provided in a cost-efficient and flexible manner.

Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Fahrzeug, insbesondere ein Straßenkraftfahrzeug, etwa ein Personenkraftwagen oder ein Lastkraftwagen oder ein Bus, beschrieben. Das Fahrzeug kann ausgebildet sein, in dem in diesem Dokument beschriebenen Ladetunnel induktiv geladen zu werden.According to a further aspect, a vehicle, in particular a road motor vehicle, for example a passenger car or a truck or a bus, is described. The vehicle can be designed to be inductively charged in the loading tunnel described in this document.

Das Fahrzeug umfasst einen elektrischen Antriebsmotor, der eingerichtet ist, ein oder mehrere Räder des Fahrzeugs anzutreiben. Außerdem umfasst das Fahrzeug einen elektrischen Energiespeicher (z.B. eine Lithium-Ionen basierte Batterie), der eingerichtet ist, elektrische Energie für den Betrieb des Antriebsmotors zu speichern. Des Weiteren umfasst das Fahrzeug eine Sekundärspule, die ausgebildet ist, um auf Basis eines magnetischen Ladefeldes einen Ladestrom zum Laden des Energiespeichers bereitzustellen.The vehicle includes an electric drive motor that is configured to drive one or more wheels of the vehicle. In addition, the vehicle includes an electrical energy storage device (e.g. a lithium-ion-based battery) that is set up to store electrical energy for the operation of the drive motor. Furthermore, the vehicle comprises a secondary coil, which is designed to provide a charging current for charging the energy store on the basis of a magnetic charging field.

Die Sekundärspule kann an einer von den ein oder mehreren Rädern des Fahrzeugs abgewandten Oberseite des Fahrzeugs (insbesondere an einem Dach des Fahrzeugs) angeordnet sein. Durch die Bereitstellung einer derart angeordneten Sekundärspule kann (ggf. zusätzlich zum induktiven Laden über den Unterboden des Fahrzeugs) ein induktives Laden von der Oberseite des Fahrzeugs her erfolgen (insbesondere innerhalb eines Ladetunnels). Somit können in zuverlässiger Weise hohe Ladeleistungen ermöglicht werden.The secondary coil can be arranged on an upper side of the vehicle facing away from the one or more wheels of the vehicle (in particular on a roof of the vehicle). By providing a secondary coil arranged in this way (if necessary in addition to inductive charging via the underbody of the vehicle), inductive charging can take place from the top of the vehicle (in particular within a charging tunnel). Thus, high charging capacities can be made possible in a reliable manner.

Das Fahrzeug kann eine Ausfahrvorrichtung umfassen, die eingerichtet ist, die Höhe der Sekundärspule relativ zu den ein oder mehreren Rädern des Fahrzeugs zu verändern. Insbesondere kann die Ausfahrvorrichtung ausgebildet sein, die Sekundärspule des Fahrzeugs nach Oben (von dem Fahrzeug weg) zu bewegen, z.B. hin zu der Tunneldecke eines Ladetunnels. Durch die Bereitstellung einer Ausfahrvorrichtung (z.B. einer auf dem Scherenprinzip basierenden Ausfahrvorrichtung) kann die Ladeleistung weiter erhöht werden.The vehicle may include an extension device that is configured to change the height of the secondary coil relative to the one or more wheels of the vehicle. In particular, the extension device can be designed to move the secondary coil of the vehicle upwards (away from the vehicle), e.g. towards the tunnel ceiling of a loading tunnel. The loading capacity can be increased further by providing an extension device (e.g. an extension device based on the scissors principle).

Das Fahrzeug kann eine Abschirmvorrichtung umfassen, die eingerichtet ist, ein auf die Sekundärspule einwirkendes magnetisches Ladefeld von einer Insassenkabine des Fahrzeugs abzuschirmen. Die Abschirmvorrichtung kann z.B. am Dach des Fahrzeugs angeordnet sein. So kann die Sicherheit für einen Nutzer des Fahrzeugs erhöht werden.The vehicle may include a shielding device that is configured to shield a magnetic charging field acting on the secondary coil from an occupant cabin of the vehicle. The shielding device can e.g. be arranged on the roof of the vehicle. In this way, safety for a user of the vehicle can be increased.

Die Sekundärspule des Fahrzeugs kann im Unterboden des Fahrzeugs und/oder im Dach des Fahrzeugs verbaut sein. Alternativ oder ergänzend kann die Sekundärspule in den Strukturen von ein oder mehreren Fahrzeugkomponenten integriert sein, z.B. am Unterboden in einem Schubfeld des Fahrzeugs und/oder in dem Dach des Fahrzeugs.The secondary coil of the vehicle can be installed in the underbody of the vehicle and / or in the roof of the vehicle. Alternatively or in addition, the secondary coil can be integrated in the structures of one or more vehicle components, e.g. on the underbody in a push field of the vehicle and / or in the roof of the vehicle.

Es ist zu beachten, dass die in diesem Dokument beschriebenen Verfahren, Vorrichtungen und Systeme sowohl alleine, als auch in Kombination mit anderen in diesem Dokument beschriebenen Verfahren, Vorrichtungen und Systemen verwendet werden können. Des Weiteren können jegliche Aspekte der in diesem Dokument beschriebenen Verfahren, Vorrichtungen und Systemen in vielfältiger Weise miteinander kombiniert werden. Insbesondere können die Merkmale der Ansprüche in vielfältiger Weise miteinander kombiniert werden.It should be noted that the methods, devices and systems described in this document are used both alone and in combination with other methods, devices and systems described in this document can. Furthermore, any aspect of the methods, devices and systems described in this document can be combined with one another in a variety of ways. In particular, the features of the claims can be combined with one another in a variety of ways.

Im Weiteren wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben. Dabei zeigen

  • 1 ein beispielhaftes induktives Ladesystem;
  • 2a einen beispielhaften Ladetunnel entlang der Fahrtrichtung eines Fahrzeugs durch den Ladetunnel;
  • 2b einen beispielhaften Ladetunnel aus einer Vielzahl von Tunnelsegmenten;
  • 3a ein beispielhaftes Fahrzeug mit einer Ausfahrvorrichtung; und
  • 3b einen beispielhaften Querschnitt eines Ladetunnels.
The invention is described in more detail below on the basis of exemplary embodiments. Show
  • 1 an exemplary inductive charging system;
  • 2a an exemplary loading tunnel along the direction of travel of a vehicle through the loading tunnel;
  • 2 B an exemplary loading tunnel from a plurality of tunnel segments;
  • 3a an exemplary vehicle with an extension device; and
  • 3b an exemplary cross section of a loading tunnel.

Wie eingangs dargelegt, befasst sich das vorliegende Dokument mit dem zeiteffizienten Laden des Energiespeichers eines Fahrzeugs, insbesondere um eine Nutzung des Fahrzeugs für relativ lange Fahrstrecken zu ermöglichen (d.h. für Fahrstrecken, die länger sind, als die durch die Speicherkapazität des Energiespeichers begrenzte Reichweite des Fahrzeugs).As stated at the beginning, the present document is concerned with the time-efficient charging of the energy store of a vehicle, in particular to enable the vehicle to be used for relatively long journeys (ie for journeys which are longer than the range of the vehicle limited by the storage capacity of the energy store) ).

Ein Ansatz zum automatischen, kabellosen, induktiven Laden des Energiespeichers des Fahrzeugs besteht darin, dass vom Boden zum Unterboden des Fahrzeugs über magnetische Induktion über die Unterbodenfreiheit elektrische Energie zu dem Energiespeicher des Fahrzeugs übertragen wird.One approach to the automatic, wireless, inductive charging of the energy store of the vehicle is that electrical energy is transmitted from the floor to the underbody of the vehicle via magnetic induction via the underbody clearance to the energy store of the vehicle.

Dies ist beispielhaft in 1 dargestellt. Insbesondere zeigt 1 ein Fahrzeug 100 mit einem Energiespeicher 103 für elektrische Energie (z.B. mit einer aufladbaren Batterie 103). Das Fahrzeug 100 umfasst eine Sekundärspule 121 im Fahrzeug-Unterboden, wobei die Sekundärspule 121 über einen Gleichrichter mit dem Speicher 103 für elektrische Energie verbunden ist. Der Gleichrichter ist Teil einer Sekundärelektronik 123. Die Sekundärspule 121 und die Sekundärelektronik 123 sind typischerweise über zumindest eine (Wechselstrom-) Leitung 122 elektrisch leitend miteinander verbunden und bilden zusammen eine sogenannte „Wireless Power Transfer“ (WPT) Fahrzeugeinheit 120 bzw. Sekundäreinheit 120.This is exemplified in 1 shown. In particular shows 1 a vehicle 100 with an energy storage 103 for electrical energy (e.g. with a rechargeable battery 103 ). The vehicle 100 includes a secondary coil 121 in the vehicle underbody, with the secondary coil 121 via a rectifier with the memory 103 connected to electrical energy. The rectifier is part of a secondary electronics 123 , The secondary coil 121 and the secondary electronics 123 are typically via at least one (AC) line 122 electrically connected to each other and together form a so-called "Wireless Power Transfer" (WPT) vehicle unit 120 or secondary unit 120 ,

Die Sekundärspule 121 der Sekundäreinheit 120 kann über einer Primärspule 111 positioniert werden, wobei die Primärspule 111 z.B. auf dem Boden einer Garage angebracht ist. Die Primärspule 111 ist typischerweise Teil einer sogenannten WPT-Bodeneinheit 110 bzw. Primäreinheit 110. Die Primärspule 111 ist über eine (Wechselstrom-) Leitung 112 mit einer Primärelektronik 113 und weiter mit einer Stromversorgung verbunden. Die Primärelektronik 113 kann einen RadioFrequenz-Generator bzw. Wechselrichter umfassen, der einen AC (Alternating Current) Strom in der Primärspule 111 der WPT-Bodeneinheit 110 erzeugt, wodurch ein magnetisches Feld (insbesondere ein magnetisches Ladefeld) induziert wird. Das magnetische Ladefeld kann eine Frequenz aus einem vordefinierten Ladefeld-Frequenzbereich aufweisen. Die Ladefeld-Frequenz des magnetischen Ladefelds kann im Bereich von 80-90kHz (insbesondere bei 85kHz) liegen.The secondary coil 121 the secondary unit 120 can over a primary coil 111 be positioned with the primary coil 111 for example on the floor of a garage. The primary coil 111 is typically part of a so-called WPT floor unit 110 or primary unit 110 , The primary coil 111 is via an (AC) line 112 with primary electronics 113 and further connected to a power supply. The primary electronics 113 may include a radio frequency generator or inverter that has an AC (Alternating Current) current in the primary coil 111 the WPT floor unit 110 generated, whereby a magnetic field (in particular a magnetic charging field) is induced. The magnetic charging field can have a frequency from a predefined charging field frequency range. The charging field frequency of the magnetic charging field can be in the range of 80-90 kHz (in particular at 85 kHz).

Bei ausreichender magnetischer Kopplung zwischen Primärspule 111 der Primäreinheit 110 und Sekundärspule 121 der Sekundäreinheit 120 (d.h. bei einem ausreichend hohen Kopplungsgrad) über die Unterbodenfreiheit 130 wird durch das magnetische Feld eine entsprechende Spannung und damit auch ein Strom in der Sekundärspule 121 induziert. Der induzierte Strom in der Sekundärspule 121 der Sekundäreinheit 120 wird durch den Gleichrichter der Sekundärelektronik 123 gleichgerichtet und im Energiespeicher 103 gespeichert. So kann elektrische Energie kabellos von einer Stromversorgung zum Energiespeicher 103 des Fahrzeugs 100 übertragen werden. Der Ladevorgang kann im Fahrzeug 100 durch ein Lade-Steuergerät der Sekundärelektronik 123 gesteuert werden. Das Lade-Steuergerät kann zu diesem Zweck eingerichtet sein, z.B. drahtlos (etwa über WLAN), mit der Primäreinheit 110 zu kommunizieren.With sufficient magnetic coupling between the primary coil 111 the primary unit 110 and secondary coil 121 the secondary unit 120 (ie with a sufficiently high degree of coupling) via the underbody clearance 130 the magnetic field creates a corresponding voltage and thus a current in the secondary coil 121 induced. The induced current in the secondary coil 121 the secondary unit 120 is by the rectifier of the secondary electronics 123 rectified and in energy storage 103 saved. This means that electrical energy can be transferred wirelessly from a power supply to an energy store 103 of the vehicle 100 be transmitted. The charging process can be done in the vehicle 100 through a charging control unit of the secondary electronics 123 to be controlled. The charging control device can be set up for this purpose, for example wirelessly (for example via WLAN), with the primary unit 110 to communicate.

Durch den Verbau einer Reihe von Primärspulen 111 entlang einer von einem Fahrzeug 100 befahrbaren Fahrbahn kann auch während der Fahrt eines Fahrzeugs 100 ein induktives Laden des Energiespeichers 103 bewirkt werden. Zu diesem Zweck können in einem bestimmten Abstand Primärspulen 111 in der von einem Fahrzeug 100 befahrenen Fahrbahn angeordnet werden. Durch die Primärspulen 111 kann jeweils ein magnetisches Ladefeld erzeugt werden, das eingerichtet ist, in der Sekundärspule 121 des Fahrzeugs 100 einen Ladestrom zum Laden des Energiespeichers 103 zu induzieren. Bei der Fahrt fährt das Fahrzeug 100 über unterschiedliche Abschnitte der Fahrbahn und über unterschiedliche Primärspulen 111, die jeweils ein magnetisches Ladefeld zum Laden des Energiespeichers 103 erzeugen. So kann in zeiteffizienter Weise während der Fahrt eines Fahrzeugs 100 das Laden des Energiespeichers 103 bewirkt werden.By installing a series of primary coils 111 along one of a vehicle 100 drivable lane can also be while driving a vehicle 100 an inductive charging of the energy store 103 be effected. For this purpose, primary coils can be placed at a certain distance 111 in the of a vehicle 100 traffic lane are arranged. Through the primary coils 111 a magnetic charging field can be generated in each case, which is set up in the secondary coil 121 of the vehicle 100 a charging current for charging the energy store 103 to induce. The vehicle drives while driving 100 over different sections of the road and over different primary coils 111 , each a magnetic charging field for charging the energy storage 103 produce. This can be done in a time-efficient manner while driving a vehicle 100 charging the energy storage 103 be effected.

Der Verbau von Primärspulen 111 in einer bereits existierenden Fahrbahn ist mit relativ hohen Kosten verbunden. Des Weiteren ist eine Fahrbahn typischerweise ständig Umwelteinflüssen (wie Regen, Schnee, Sonne, etc.) ausgesetzt, was zu einer Beeinträchtigung der in der Fahrbahn verbauten Primärspulen 111 führen kann. Außerdem kann die Ladeleistung durch Verschmutzung der Fahrbahn und/oder durch Niederschlag (wie Regen oder Schnee) beeinträchtigt werden.The installation of primary coils 111 in an existing lane is associated with relatively high costs. Furthermore, a roadway is typically constantly exposed to environmental influences (such as rain, snow, sun, etc.), which has an adverse effect on those built into the roadway primary coil 111 can lead. In addition, the charging performance can be impaired by dirt on the road and / or precipitation (such as rain or snow).

2a zeigt einen (mobilen) Ladetunnel 200 als Ladevorrichtung zum induktiven Laden des elektrischen Energiespeichers 103 eines Fahrzeugs 100. Der Ladetunnel 200 umfasst einen Tunnelboden 202, der ausgebildet ist, von Fahrzeugen 100 befahren zu werden. Des Weiteren umfasst der Ladetunnel 200 eine Tunneldecke 203, die ausgebildet ist, den Tunnelboden 202 zu bedecken bzw. abzudecken bzw. den Tunnelboden 202 vor Umwelteinflüssen (wie Sonneneinstrahlung und/oder Niederschlag) zu schützen. 2a shows a (mobile) loading tunnel 200 as a charging device for inductive charging of the electrical energy store 103 of a vehicle 100 , The loading tunnel 200 includes a tunnel floor 202 who is trained by vehicles 100 to be driven on. The loading tunnel also includes 200 a tunnel ceiling 203 that is trained the tunnel floor 202 to cover or cover the tunnel floor 202 to protect against environmental influences (such as solar radiation and / or precipitation).

2a zeigt einen Ladetunnel 200 in Längsrichtung bzw. entlang des Verlaufs des Ladetunnels 200, d.h. entlang der Fahrtrichtung eines Fahrzeugs 100 durch den Ladetunnel 200 (dargestellt durch einen Pfeil). 3b zeigt einen Querschnitt bzw. eine Querschnittsfläche eines Ladetunnels 200 (senkrecht zu der Fahrtrichtung eines Fahrzeugs 100). Aus 3b ist zu sehen, dass der Tunnelboden 202 und die Tunneldecke 203 ausgebildet sein können, (insbesondere vollständig) einen Hohlraum zu umschließen, durch den Fahrzeuge 100 fahren können. 2a shows a loading tunnel 200 in the longitudinal direction or along the course of the loading tunnel 200 , ie along the direction of travel of a vehicle 100 through the loading tunnel 200 (represented by an arrow). 3b shows a cross section or a cross-sectional area of a loading tunnel 200 (perpendicular to the direction of travel of a vehicle 100 ). Out 3b can be seen that the tunnel floor 202 and the tunnel ceiling 203 can be designed to (particularly completely) enclose a cavity through which vehicles 100 can drive.

Der Ladetunnel 200 kann ausgebildet sein, auf eine existierende Fahrbahn 205 (mit ein oder mehreren Fahrspuren) gestellt zu werden. Dabei kann der Tunnelboden 202 auf die Fahrbahn 205 gelegt werden. Der Ladetunnel 200 kann an der Einfahrt in den Ladetunnel 200 und/oder an der Ausfahrt aus dem Ladetunnel 200 eine Rampe 201 aufweisen, über die Fahrzeuge 100 in komfortabler und/oder stetiger Weise von der Fahrbahn 205 auf den Tunnelboden 202 bzw. von dem Tunnelboden 202 auf die Fahrbahn 205 fahren können.The loading tunnel 200 can be formed on an existing roadway 205 (with one or more lanes). The tunnel floor 202 on the road 205 be placed. The loading tunnel 200 can at the entrance to the loading tunnel 200 and / or at the exit from the loading tunnel 200 a ramp 201 have about the vehicles 100 in a comfortable and / or steady way from the road 205 on the tunnel floor 202 or from the tunnel floor 202 on the road 205 can drive.

Der Tunnelboden 202 kann entlang der Fahrtrichtung der Fahrzeuge 100 bzw. entlang des Verlauf des Ladetunnels 200 eine Sequenz bzw. eine Reihe von Boden-Primärspulen 111 aufweisen. Dabei können die Boden-Primärspulen 111 zumindest teilweise und ggf. vollständig in den Tunnelboden 202 eingelassen sein. Durch die Sequenz bzw. die Reihe von Boden-Primärspulen 111 kann entlang der Längsausbreitung des Tunnelbodens 202 ein magnetisches Ladefeld erzeugt werden, das eingerichtet ist, in der Sekundärspule 121 eines über den Tunnelboden 202 fahrenden Fahrzeugs 100 einen Ladestrom zu Laden des Energiespeichers 103 des Fahrzeugs 100 zu induzieren. Dabei können die einzelnen Boden-Primärspulen 111 in Abhängigkeit von der Position des Fahrzeugs 100 aktiviert bzw. deaktiviert werden (so dass nur an der aktuellen Position des Fahrzeugs 100 ein Ladefeld erzeugt wird). So kann der Energiespeicher 103 eines Fahrzeugs 100 in zeiteffizienter und energieeffizienter Weise bei der Fahrt durch den Ladetunnel 200 geladen werden.The tunnel floor 202 can travel along the direction of travel of the vehicles 100 or along the course of the loading tunnel 200 a sequence or series of ground primary coils 111 exhibit. The floor primary coils can 111 at least partially and possibly completely in the tunnel floor 202 be let in. Through the sequence or row of ground primary coils 111 can along the length of the tunnel floor 202 a magnetic charging field is generated, which is set up in the secondary coil 121 one across the tunnel floor 202 moving vehicle 100 a charging current to charge the energy store 103 of the vehicle 100 to induce. The individual floor primary coils can 111 depending on the position of the vehicle 100 be activated or deactivated (so that only at the current position of the vehicle 100 a charging field is generated). So the energy storage 103 of a vehicle 100 in a time-efficient and energy-efficient manner when driving through the loading tunnel 200 Loading.

Der Tunnelboden 202 wird durch die Tunneldecke 203 vor Umwelteinflüssen geschützt, so dass eine robuste und langlebige Ladevorrichtung bereitgestellt werden kann. Des Weiteren ist der Tunnelboden 202 durch die Tunneldecke 203 vor Niederschlag und/oder Verschmutzung geschützt, so dass in zuverlässiger Weise relativ hohe Ladeleistungen erzielt werden können. Außerdem kann der Ladetunnel 200 in kosteneffizienter Weise auf eine bereits existierende Fahrbahn 205 aufgestellt bzw. aufgebaut werden.The tunnel floor 202 is through the tunnel ceiling 203 Protected against environmental influences, so that a robust and durable charging device can be provided. Furthermore, the tunnel floor 202 through the tunnel ceiling 203 protected against precipitation and / or pollution, so that relatively high charging capacities can be reliably achieved. In addition, the loading tunnel 200 on an existing roadway in a cost-effective manner 205 be set up or built up.

Alternativ oder zusätzlich zu dem Verbau von Boden-Primärspulen 111 an dem Tunnelboden 202 können entlang der Längsausbreitung des Ladetunnels 200 Decken-Primärspulen 211 an der Tunneldecke 203 des Ladetunnels 200 angeordnet werden. Die Decken-Primärspulen 211 können eingerichtet sein, entlang der Längsausbreitung des Ladetunnels 200 ein magnetisches Ladefeld an der Tunneldecke 203 zu generieren. Dabei können die einzelnen Decken-Primärspulen 211 in Abhängigkeit von der Position des Fahrzeugs 100 aktiviert bzw. deaktiviert werden (so dass nur an der aktuellen Position des Fahrzeugs 100 ein Ladefeld erzeugt wird). So kann der Energiespeicher 103 eines Fahrzeugs 100 in zeiteffizienter und energieeffizienter Weise bei der Fahrt durch den Ladetunnel 200 geladen werden.Alternatively or in addition to the installation of ground primary coils 111 on the tunnel floor 202 can along the length of the loading tunnel 200 Ceiling primary coils 211 on the tunnel ceiling 203 of the loading tunnel 200 to be ordered. The ceiling primary coils 211 can be set up along the longitudinal spread of the loading tunnel 200 a magnetic charging field on the tunnel ceiling 203 to generate. The individual ceiling primary coils can 211 depending on the position of the vehicle 100 be activated or deactivated (so that only at the current position of the vehicle 100 a charging field is generated). So the energy storage 103 of a vehicle 100 in a time-efficient and energy-efficient manner when driving through the loading tunnel 200 Loading.

Ein durch den Ladetunnel 200 fahrendes Fahrzeug 100 kann eine an dem Dach 303 des Fahrzeugs 100 angeordnete Dach-Sekundärspule 221 aufweisen (ggf. zusätzlich zu einer am Boden 302 des Fahrzeugs 100 angeordneten Boden-Sekundärspule 121). Die Dach-Sekundärspule 221 kann fest am Dach 303 des Fahrzeugs 100 befestigt sein. Alternativ kann die Dach-Sekundärspule 221 an einer Ausfahrvorrichtung 301 befestigt sein (z.B. eine nach dem Scherenprinzip arbeitende Ausfahrvorrichtung 301), die eingerichtet ist, die Dach-Sekundärspule 221 näher an die Tunneldecke 203 und/oder an die Decken-Primärspulen 211 heran zu bewegen.One through the loading tunnel 200 moving vehicle 100 can one on the roof 303 of the vehicle 100 arranged roof secondary coil 221 have (possibly in addition to one on the floor 302 of the vehicle 100 arranged bottom secondary coil 121 ). The roof secondary coil 221 can be firmly on the roof 303 of the vehicle 100 be attached. Alternatively, the roof secondary coil 221 on an extension device 301 be fastened (e.g. an extension device working according to the scissors principle 301 ), which is set up the roof secondary coil 221 closer to the tunnel ceiling 203 and / or to the ceiling primary coils 211 to move up.

Durch die (ggf. zusätzliche) Bereitstellung eines induktiven Ladesystems zum Laden des Energiespeichers 103 eines Fahrzeugs 100 (über das Dach 303 und/oder über den Boden 302 eines Fahrzeugs 100) kann die Ladeleistung erhöht und somit die erforderliche Ladezeit reduziert werden. Des Weiteren können an der Tunneldecke 203 eines Ladetunnels 200 in zuverlässiger Weise Verschmutzungen vermieden werden, so dass eine gleichbleibend hohe Ladeleitung bereitgestellt werden kann. Ferner können durch die Verwendung einer zur Tunneldecke 203 hin ausfahrbaren Dach-Sekundärspule 221 der zu überbrückende Luftspalt des Ladesystems reduziert und somit die Ladeleistung erhöht werden.Through the (possibly additional) provision of an inductive charging system for charging the energy store 103 of a vehicle 100 (over the roof 303 and / or over the floor 302 of a vehicle 100 ) the charging capacity can be increased and thus the required charging time can be reduced. Furthermore, on the tunnel ceiling 203 of a loading tunnel 200 contamination can be avoided in a reliable manner, so that a consistently high charging line can be provided. Furthermore, by using a tunnel ceiling 203 extendable roof secondary coil 221 the air gap of the charging system to be bridged is reduced and thus the charging capacity is increased.

Die Höhe der Tunneldecke 203 und/oder die Höhe der Positionierung der Decken-Primärspulen 211 in Bezug auf den Tunnelboden 202 kann auf die Höhe von ein oder mehreren Fahrzeugtypen abgestimmt sein. Beispielsweise können für unterschiedliche Fahrzeugtypen unterschiedlich dimensionierte Ladetunnel 200 bereitgestellt werden, z.B. ein Ladetunnel 200 für PKWs, ein Ladetunnel 200 für SUVs (Sport Utility Vehicles) und/oder ein Ladetunnel 200 für LKWs.The height of the tunnel ceiling 203 and / or the height of the positioning of the ceiling primary coils 211 in terms of the tunnel floor 202 can be matched to the height of one or more vehicle types. For example, differently dimensioned loading tunnels for different types of vehicles 200 be provided, for example a loading tunnel 200 for cars, a loading tunnel 200 for SUVs (Sport Utility Vehicles) and / or a loading tunnel 200 for trucks.

Das Fahrzeug 100 kann, wie in 3a dargestellt, eine Abschirmvorrichtung 304 aufweisen, mit der das magnetische Ladefeld der Primärspulen 111 eines Ladetunnels 200 von einer Insassenkabine 306 des Fahrzeugs 100 abgeschirmt werden kann. Die Abschirmvorrichtung 304 kann z.B. ein oder mehrere Platten aus einem Material (z.B. Metall) aufweisen, mit dem das Ladefeld abgeschirmt werden kann. Die Abschirmvorrichtung 304 kann am Boden 302 eines Fahrzeugs 100 angeordnet sein, um das Ladefeld von Primärspulen 111 abzuschirmen, die in der Fahrbahn 205 des Ladetunnels 200 integriert sind. Alternativ oder ergänzend kann das Fahrzeug 100 eine Abschirmvorrichtung 304 aufweisen (z.B. am Dach 303 des Fahrzeugs 100), um das Ladefeld von Primärspulen 211 abzuschirmen, die an der Decke 203 des Ladetunnels 200 angeordnet sind.The vehicle 100 can, as in 3a shown a shielding device 304 with which the magnetic charging field of the primary coils 111 of a loading tunnel 200 from an occupant cabin 306 of the vehicle 100 can be shielded. The shielding device 304 can, for example, have one or more plates made of a material (eg metal) with which the loading field can be shielded. The shielding device 304 can on the ground 302 of a vehicle 100 be arranged around the charging field of primary coils 111 shield that in the lane 205 of the loading tunnel 200 are integrated. Alternatively or in addition, the vehicle can 100 a shielding device 304 exhibit (e.g. on the roof 303 of the vehicle 100 ) to the charging field of primary coils 211 shield that on the ceiling 203 of the loading tunnel 200 are arranged.

Ein Ladetunnel 200 kann, wie in 3b dargestellt, ein oder mehrere Solarzellen 305 aufweisen, die an einer Außenseite der Tunneldecke 203 angeordnet sind. Die ein oder mehreren Solarzellen 305 können eingerichtet sein, in Reaktion auf Sonneneinstrahlung elektrische Energie zu erzeugen. Die elektrische Energie kann in einem Energiespeicher 307 des Ladetunnels 200 (z.B. in einem elektrochemischen Energiespeicher 307, etwa in einer Lithium-Ionen Batterie) gespeichert werden. Die von den ein oder mehreren Solarzellen 305 generierte elektrische Energie kann zum Laden der Energiespeicher 103 von ein oder mehreren Fahrzeugen 100 verwendet werden, die durch den Ladetunnel 200 fahren. Die Tunneldecke 203 weist typischerweise eine gewölbte Form auf, die sich in besonders vorteilhafter Weise zur Anordnung von Solarzellen 305 eignet.A loading tunnel 200 can, as in 3b shown, one or more solar cells 305 have on an outside of the tunnel ceiling 203 are arranged. The one or more solar cells 305 can be configured to generate electrical energy in response to solar radiation. The electrical energy can be stored in an energy store 307 of the loading tunnel 200 (e.g. in an electrochemical energy store 307 , for example in a lithium-ion battery). The one or more solar cells 305 Generated electrical energy can be used to charge the energy store 103 of one or more vehicles 100 used by the loading tunnel 200 drive. The tunnel ceiling 203 typically has a curved shape, which is particularly advantageous for the arrangement of solar cells 305 suitable.

2b zeigt einen modularen Aufbau eines Ladtunnels 200. Der Ladetunnel 200 umfasst eine Vielzahl von (baugleichen) Tunnelsegmenten 230. Dabei kann ein Tunnelsegment 230 einen Tunnelboden 202 und ggf. eine Tunneldecke 203 aufweisen. In den Tunnelboden 202 eines Segments 230 können ein oder mehrere Boden-Primärspulen 111 integriert sein. Alternativ oder ergänzend können an der Tunneldecke 203 eines Segments 230 ein oder mehrere Decken-Primärspulen 211 angeordnet sein. 2 B shows a modular structure of a loading tunnel 200 , The loading tunnel 200 comprises a large number of (structurally identical) tunnel segments 230 , This can be a tunnel segment 230 a tunnel floor 202 and possibly a tunnel ceiling 203 exhibit. In the tunnel floor 202 of a segment 230 can have one or more ground primary coils 111 be integrated. Alternatively or in addition, you can use the tunnel ceiling 203 of a segment 230 one or more ceiling primary coils 211 be arranged.

Ein Tunnelsegment 230 kann ein oder mehrere erste Kupplungselemente 231 an einem ersten Ende des Tunnelsegments 230 sowie ein oder mehrere zweite Kupplungselemente 232 an einem zweiten Ende des Tunnelsegments 230 aufweisen. Die ein oder mehreren ersten Kupplungselemente 231 können derart mit den ein oder mehreren zweiten Kupplungselementen 232 zusammenspielen, dass das zweite Ende eines Tunnelsegments 230 mit einem ersten Ende eines nachfolgenden Tunnelsegments über die jeweiligen Kupplungselemente 231, 323 verbunden werden kann (ähnlich einem Stecksystem). So kann ein Ladetunnel 200 in effizienter und flexibler Weise durch eine Reihe von (baugleichen) Tunnelsegmenten 230 aufgebaut werden.A tunnel segment 230 can one or more first coupling elements 231 at a first end of the tunnel segment 230 and one or more second coupling elements 232 at a second end of the tunnel segment 230 exhibit. The one or more first coupling elements 231 can with the one or more second coupling elements 232 play together that the second end of a tunnel segment 230 with a first end of a subsequent tunnel segment over the respective coupling elements 231 . 323 can be connected (similar to a plug-in system). So can a loading tunnel 200 in a more efficient and flexible way through a series of (structurally identical) tunnel segments 230 being constructed.

Der in diesem Dokument beschriebene Ladetunnel 200 kann in effizienter und/oder mobiler Weise auf bereits vorhandenen Straßen bzw. Fahrbahnen 205 verbaut werden. Folglich kann die bereits vorhandene Straßen-Infrastruktur in effizienter Weise erweitert werden. Der beschriebene Ladetunnel 200 stellt einen Schutz der Primärspulen 111, 211 vor Witterungsbedingungen bereit, und ermöglicht somit auch über längere Zeiträume gleichbleibend hohe Ladeleistungen. Ferner kann der beschriebene Ladetunnel 200 in bereits vorhandene Tunnel eines Straßennetzes eingebaut werden. Dabei kann ggf. eine bereits vorhandene Tunneldecke als Tunneldecke 203 des Ladetunnels 200 verwendet werden.The loading tunnel described in this document 200 can be used in an efficient and / or mobile manner on existing roads or lanes 205 be installed. As a result, the existing road infrastructure can be expanded efficiently. The loading tunnel described 200 provides protection for the primary coils 111 . 211 ready for weather conditions, and thus enables consistently high charging performance even over longer periods. Furthermore, the loading tunnel described 200 be installed in existing tunnels of a road network. If necessary, an existing tunnel ceiling can be used as a tunnel ceiling 203 of the loading tunnel 200 be used.

Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die gezeigten Ausführungsbeispiele beschränkt. Insbesondere ist zu beachten, dass die Beschreibung und die Figuren nur das Prinzip der vorgeschlagenen Verfahren, Vorrichtungen und Systeme veranschaulichen sollen.The present invention is not restricted to the exemplary embodiments shown. In particular, it should be noted that the description and the figures are only intended to illustrate the principle of the proposed methods, devices and systems.

Claims (14)

Ladetunnel (200) zum induktiven Laden eines elektrischen Energiespeichers (103) eines durch den Ladetunnel (200) fahrenden Fahrzeugs (100); wobei der Ladetunnel (200) umfasst, - einen für Fahrzeuge (100) befahrbaren Tunnelboden (202); - eine den Tunnelboden (202) zumindest bereichsweise vor Niederschlag schützende Tunneldecke (203); wobei der Tunnelboden (202) und die Tunneldecke (203) eine Querschnittsfläche senkrecht zu einem Verlauf des Ladetunnels (200) bilden, die es einem Fahrzeug (100) ermöglicht, auf dem Tunnelboden (202) durch den Ladetunnel (200) zu fahren; und - eine entlang des Verlaufs des Ladetunnels (200) angeordnete Reihe von Primärspulen (111, 211), die eingerichtet sind, ein magnetisches Ladefeld zu genieren, das ausgebildet ist, in einer Sekundärspule (121, 221) eines durch den Ladetunnel (200) fahrenden Fahrzeugs (100) einen Ladestrom zum Laden eines elektrischen Energiespeichers (103) des Fahrzeugs (100) zu induzieren.Charging tunnel (200) for inductively charging an electrical energy store (103) of a vehicle (100) traveling through the charging tunnel (200); the loading tunnel (200) comprising - A tunnel floor (202) which can be driven over by vehicles (100); - a tunnel ceiling (203) protecting the tunnel floor (202) at least in regions from precipitation; wherein the tunnel floor (202) and the tunnel ceiling (203) form a cross-sectional area perpendicular to a course of the loading tunnel (200), which enables a vehicle (100) to drive on the tunnel floor (202) through the loading tunnel (200); and - A row of primary coils (111, 211) arranged along the course of the charging tunnel (200), which are set up to generate a magnetic charging field, which is configured in a secondary coil (121, 221) of a vehicle traveling through the charging tunnel (200) Vehicle (100) to induce a charging current for charging an electrical energy store (103) of the vehicle (100). Ladetunnel (200) gemäß Anspruch 1, wobei der Tunnelboden (201) ausgebildet ist, um auf eine für Fahrzeuge (100) befahrbaren Fahrbahn (205) gelegt zu werden. Loading tunnel (200) according to Claim 1 , wherein the tunnel floor (201) is designed to be placed on a roadway (205) which can be driven on by vehicles (100). Ladetunnel (200) gemäß Anspruch 2, wobei der Ladetunnel (200) an einer Einfahrt und/oder an einer Ausfahrt eine Rampe (201) umfasst, die es einem Fahrzeug (100) ermöglicht, von der Fahrbahn (205) auf den Tunnelboden (201) und/oder von dem Tunnelboden (201) auf die Fahrbahn (205) zu fahren.Loading tunnel (200) according to Claim 2 , wherein the loading tunnel (200) at an entrance and / or at an exit comprises a ramp (201) which enables a vehicle (100) from the carriageway (205) to the tunnel floor (201) and / or from the tunnel floor (201) to drive onto the carriageway (205). Ladetunnel (200) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Ladetunnel (200) ausgebildet ist, inklusive der Tunneldecke (203) und/oder des Tunnelbodens (201) an unterschiedliche Stellen eines Straßennetzes transportiert und installiert zu werden.Loading tunnel (200) according to one of the preceding claims, wherein the loading tunnel (200) is designed to be transported and installed, including the tunnel ceiling (203) and / or the tunnel floor (201), at different points in a road network. Ladetunnel (200) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Ladetunnel (200) eine Reihe von Decken-Primärspulen (211) umfasst, die entlang des Verlaufs des Ladetunnels (200) an und/oder in der Tunneldecke (203) angeordnet und/oder befestigt sind.Loading tunnel (200) according to any one of the preceding claims, wherein the loading tunnel (200) comprises a series of ceiling primary coils (211) which are arranged along the course of the loading tunnel (200) on and / or in the tunnel ceiling (203) and / or are attached. Ladetunnel (200) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Ladetunnel (200) eine Reihe von Boden-Primärspulen (111) umfasst, die entlang des Verlaufs des Ladetunnels (200) an und/oder in dem Tunnelboden (202) angeordnet und/oder befestigt sind.Loading tunnel (200) according to one of the preceding claims, wherein the loading tunnel (200) comprises a row of ground primary coils (111) which are arranged along the course of the loading tunnel (200) on and / or in the tunnel floor (202) and / or are attached. Ladetunnel (200) gemäß Anspruch 6 mit Rückbezug auf Anspruch 5, wobei der Ladetunnel (200) eingerichtet ist, - Positionsinformation in Bezug auf zumindest eine Sekundärspule (121, 221) eines durch den Ladetunnel (200) fahrenden Fahrzeugs (100) zu ermitteln; und - die Reihe von Decken-Primärspulen (211) und/oder die Reihe von Boden-Primärspulen (111) in Abhängigkeit von der Positionsinformation zu betreiben, um ein magnetisches Ladefeld zu generieren, das eingerichtet ist, einen Ladestrom in der Sekundärspule (121, 221) des durch den Ladetunnel (200) fahrenden Fahrzeugs (100) zu induzieren.Loading tunnel (200) according to Claim 6 with reference to Claim 5 , wherein the loading tunnel (200) is set up to determine position information in relation to at least one secondary coil (121, 221) of a vehicle (100) traveling through the loading tunnel (200); and - to operate the row of ceiling primary coils (211) and / or the row of floor primary coils (111) as a function of the position information in order to generate a magnetic charging field which is set up to charge a charging current in the secondary coil (121, 221) of the vehicle (100) traveling through the loading tunnel (200). Ladetunnel (200) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Tunneldecke (203) eine Höhe aufweist, die eine Höhe eines bestimmten Fahrzeugtyps, insbesondere eines Personenkraftwagens oder eines Lastkraftwagens, um 20%, 10% oder weniger übersteigt.Loading tunnel (200) according to any one of the preceding claims, wherein the tunnel ceiling (203) has a height which exceeds a height of a specific type of vehicle, in particular a passenger car or a truck, by 20%, 10% or less. Ladetunnel (200) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Ladetunnel (200) eingerichtet ist, - zu bestimmen, dass ein Fahrzeug (100) an einer Einfahrt des Ladetunnels (200) in den Ladetunnel (200) gefahren ist oder fahren wird; und - in Reaktion darauf, die Primärspulen (111, 211) der Reihe von Primärspulen (111, 211) sequentiell beginnend an einem der Einfahrt des Ladetunnels (200) zugewandten Ende der Reihe von Primärspulen (111, 211) zu betreiben, um ein magnetisches Ladefeld zu erzeugen, das sich, insbesondere synchron mit dem Fahrzeug (100), von der Einfahrt des Ladetunnels (200) entlang des Verlaufs des Ladetunnels (200) zu einer Ausfahrt des Ladetunnels (200) bewegt.Loading tunnel (200) according to one of the preceding claims, wherein the loading tunnel (200) is set up, - to determine that a vehicle (100) has or will drive at an entrance of the loading tunnel (200) into the loading tunnel (200); and - In response to operating the primary coils (111, 211) of the row of primary coils (111, 211) sequentially starting at one end of the row of primary coils (111, 211) facing the entrance of the charging tunnel (200) to a magnetic charging field to generate, which moves, in particular synchronously with the vehicle (100), from the entrance of the loading tunnel (200) along the course of the loading tunnel (200) to an exit of the loading tunnel (200). Ladetunnel (200) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei - der Ladetunnel (200) ein oder mehrere Solarzellen (305) umfasst, die an einer Außenseite der Tunneldecke (203) angeordnet sind; - die ein oder mehreren Solarzellen (305) eingerichtet sind, in Reaktion auf Sonneneinstrahlung elektrische Energie zu erzeugen; und - der Ladetunnel (200) eingerichtet ist, das magnetische Ladefeld auf Basis von elektrischer Energie zu generieren, die von den ein oder mehreren Solarzellen (305) erzeugt wurde.Loading tunnel (200) according to any one of the preceding claims, wherein - The charging tunnel (200) comprises one or more solar cells (305) which are arranged on an outside of the tunnel ceiling (203); - The one or more solar cells (305) are configured to generate electrical energy in response to solar radiation; and - The charging tunnel (200) is set up to generate the magnetic charging field based on electrical energy generated by the one or more solar cells (305). Ladetunnel (200) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei - der Ladetunnel (200) eine Reihe von baugleichen Tunnelsegmenten (230) umfasst; - ein Tunnelsegment (230) an einem ersten Ende ein oder mehrere erste Kupplungselemente (231) und an einem zweiten Ende ein oder mehrere zweite Kupplungselemente (232) umfasst; und - zwei direkt aufeinanderfolgende Tunnelsegmente (230) über die ein oder mehreren ersten Kupplungselemente (231) eines ersten Tunnelsegments (230) und die ein oder mehreren zweiten Kupplungselemente (232) eines zweiten Tunnelsegments miteinander verbunden werden können.Loading tunnel (200) according to any one of the preceding claims, wherein - The loading tunnel (200) comprises a number of identical tunnel segments (230); - a tunnel segment (230) comprises one or more first coupling elements (231) at a first end and one or more second coupling elements (232) at a second end; and - Two directly successive tunnel segments (230) via which one or more first coupling elements (231) of a first tunnel segment (230) and the one or more second coupling elements (232) of a second tunnel segment can be connected to one another. Fahrzeug (100), das umfasst, - einen elektrischen Antriebsmotor, der eingerichtet ist, ein oder mehrere Räder des Fahrzeugs (100) anzutreiben; - einen elektrischen Energiespeicher (103), der eingerichtet ist, elektrische Energie für den Betrieb des Antriebsmotors zu speichern; und - eine Sekundärspule (121, 221), die ausgebildet ist, um auf Basis eines magnetischen Ladefeldes einen Ladestrom zum Laden des Energiespeichers (103) bereitzustellen; wobei die Sekundärspule (121, 221) an einer von den ein oder mehreren Rädern des Fahrzeugs (100) abgewandten Oberseite des Fahrzeugs (100) angeordnet ist.Vehicle (100) comprising - An electric drive motor, which is configured to drive one or more wheels of the vehicle (100); - An electrical energy store (103) which is set up to store electrical energy for the operation of the drive motor; and - a secondary coil (121, 221) which is designed to provide a charging current for charging the energy store (103) on the basis of a magnetic charging field; wherein the secondary coil (121, 221) is arranged on an upper side of the vehicle (100) facing away from the one or more wheels of the vehicle (100). Fahrzeug (100) gemäß Anspruch 12, wobei das Fahrzeug (100) eine Ausfahrvorrichtung (301) umfasst, die eingerichtet ist, eine Höhe der Sekundärspule (121, 221) relativ zu den ein oder mehreren Rädern des Fahrzeugs (100) zu verändern.Vehicle (100) according to Claim 12 , wherein the vehicle (100) comprises an extension device (301), which is set up a height of To change secondary coil (121, 221) relative to the one or more wheels of the vehicle (100). Fahrzeug (100) gemäß einem der Ansprüche 12 bis 13, wobei das Fahrzeug (100) eine Abschirmvorrichtung (304) umfasst, die eingerichtet ist, ein auf die Sekundärspule (121, 221) einwirkendes magnetisches Ladefeld von einer Insassenkabine (306) des Fahrzeugs (100) abzuschirmen.Vehicle (100) according to one of the Claims 12 to 13 The vehicle (100) comprises a shielding device (304), which is configured to shield a magnetic charging field acting on the secondary coil (121, 221) from an occupant cabin (306) of the vehicle (100).
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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EP4056413A1 (en) * 2021-03-11 2022-09-14 STILL GmbH Battery charging device for inductive charging, in particular dynamic and / or stationary inductive charging, of a traction battery of a vehicle

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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