DE102019130089A1 - Device for inductive charging of a vehicle battery - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum induktiven Laden einer Fahrzeugbatterie (1) eines Fahrzeugs (2) mit einer sekundären Induktionseinrichtung (3), die derart ausgestaltet und/oder angeordnet ist, dass eine primäre Induktionseinrichtung (4), die von einer Energiequelle außerhalb des Fahrzeugs (2) gespeist wird und ein elektromagnetisches Wechselfeld (5) erzeugt, in der sekundären Induktionseinrichtung (3) einen Wechselstrom (6) induzieren kann, der eine Ladeeinrichtung (7) zum Laden der Fahrzeugbatterie (1) mit Energie versorgt, wobei wenigstens ein Wärmetransportmittel (8) vorgesehen ist, mit dessen Hilfe Wärmeenergie, die durch Verlustleistung der primären und/oder sekundären Induktionseinrichtung (3, 4) entsteht, wenigstens teilweise abgeführt wird. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass das wenigstens eine Wärmetransportmittel (8) innerhalb der oder thermisch koppelbar mit der primären Induktionseinrichtung (4) angeordnet ist. Die Erfindung betrifft weiterhin ein entsprechendes Verfahren.The invention relates to a device for inductive charging of a vehicle battery (1) of a vehicle (2) with a secondary induction device (3) which is designed and / or arranged in such a way that a primary induction device (4), which is supplied by an energy source outside the vehicle (2) is fed and an electromagnetic alternating field (5) is generated in which the secondary induction device (3) can induce an alternating current (6) which supplies a charging device (7) for charging the vehicle battery (1) with energy, with at least one heat transport medium (8) is provided, with the aid of which thermal energy, which arises from the power loss of the primary and / or secondary induction device (3, 4), is at least partially dissipated. According to the invention it is provided that the at least one heat transport means (8) is arranged within or thermally coupled to the primary induction device (4). The invention also relates to a corresponding method.
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum induktiven Laden einer Fahrzeugbatterie.The invention relates to a device for inductive charging of a vehicle battery.
Induktionsladevorrichtungen sind aus dem Stand der Technik bereits bekannt und werden zum berührungslosen Aufladen einer Batterie in einem Kraftfahrzeug eingesetzt. Dabei wird eine externe Primärspule mit einer Sekundärspule in dem Kraftfahrzeug induktiv gekoppelt. Durch die Primärspule fließt ein Wechselstrom, der ein elektromagnetisches Wechselfeld um die Primärspule erzeugt. Das elektromagnetische Wechselfeld induziert in der Sekundärspule einen Wechselstrom, der durch die Leistungselektronik gleichgerichtet und der Batterie zugeführt wird.Induction charging devices are already known from the prior art and are used for contactless charging of a battery in a motor vehicle. An external primary coil is inductively coupled to a secondary coil in the motor vehicle. An alternating current flows through the primary coil, which generates an alternating electromagnetic field around the primary coil. The electromagnetic alternating field induces an alternating current in the secondary coil, which is rectified by the power electronics and fed to the battery.
Mit der zunehmenden Verbreitung von batteriebetriebenen Elektrofahrzeugen gewinnt die Technik des Ladens der Batterien solcher Fahrzeuge zunehmend an Bedeutung, weil Parameter des Ladevorgangs, insbesondere die Ladegeschwindigkeit und die Wirksamkeit des Ladevorgangs entscheidende Faktoren für die Attraktivität von Elektrofahrzeugen sind.With the increasing spread of battery-operated electric vehicles, the technology of charging the batteries of such vehicles is becoming increasingly important because parameters of the charging process, in particular the charging speed and the effectiveness of the charging process, are decisive factors for the attractiveness of electric vehicles.
Die
Die
Es gibt auch weitere Vorschläge im Stand der Technik, um insbesondere die an der Sekundärspule erzeugte Verlustwärme abzuführen und nutzbar zu machen. Nachteilig hierbei ist es, dass die Wärmetransporteinrichtungen im Fahrzeug verbaut und betrieben werden und so zu einem höheren Gewicht des Fahrzeugs führen.There are also further proposals in the prior art, in particular to dissipate the heat loss generated at the secondary coil and to make it usable. The disadvantage here is that the heat transport devices are installed and operated in the vehicle and thus lead to a higher weight of the vehicle.
Die
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine technische Lehre zum Laden einer Fahrzeugbatterie anzugeben, durch deren Einsatz die thermische Konditionierung von Ladeeinrichtungen und Batterie von Elektrofahrzeugen nach Möglichkeit verbessert werden kann. Insbesondere soll dies fahrzeugseitig nicht zu erheblich höheren Gewichten führen und keine zusätzlichen mechanischen Verbindungen zwischen Infrastruktur und Fahrzeug wie beispielsweise Anschluss von Kühlmittelkanälen erfordern.The present invention is based on the object of specifying a technical teaching for charging a vehicle battery, through the use of which the thermal conditioning of charging devices and batteries of electric vehicles can be improved as far as possible. In particular, this should not lead to significantly higher weights on the vehicle side and should not require any additional mechanical connections between the infrastructure and the vehicle, such as the connection of coolant channels, for example.
Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung und durch ein Verfahren nach einem der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.This object is achieved by a device and by a method according to one of the independent claims. Advantageous further developments of the invention are the subject of subclaims.
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum induktiven Laden einer Fahrzeugbatterie eines Fahrzeugs mit einer sekundären Induktionseinrichtung, die derart ausgestaltet und/oder angeordnet ist, dass eine primäre Induktionseinrichtung, die von einer Energiequelle außerhalb des Fahrzeugs gespeist wird und ein elektromagnetisches Wechselfeld erzeugt, in der sekundären Induktionseinrichtung einen Wechselstrom induzieren kann, der eine Ladeeinrichtung zum Laden der Fahrzeugbatterie mit Energie versorgt, wobei wenigstens ein Wärmetransportmittel vorgesehen ist, mit dessen Hilfe Wärmeenergie, die durch Verlustleistung der primären und/oder sekundären Induktionseinrichtung entsteht, wenigstens teilweise abgeführt wird. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass das wenigstens eine Wärmetransportmittel innerhalb der oder thermisch koppelbar mit der primären Induktionseinrichtung angeordnet ist.The invention relates to a device for inductively charging a vehicle battery of a vehicle with a secondary induction device, which is designed and / or arranged such that a primary induction device, which is fed by an energy source outside the vehicle and generates an electromagnetic alternating field, in the secondary induction device can induce an alternating current that supplies a charging device for charging the vehicle battery with energy, with at least one heat transport means being provided, with the aid of which heat energy, which arises from the power loss of the primary and / or secondary induction device, is at least partially dissipated. According to the invention it is provided that the at least one heat transport means is arranged within or thermally coupled to the primary induction device.
Die primäre Induktionseinrichtung erzeugt also ein elektromagnetisches Wechselfeld, welches in einer sekundären Induktionseinrichtung einen Wechselstrom induziert, der eine Ladeeinrichtung zum Laden der Fahrzeugbatterie mit Energie versorgt. Die primäre Induktionseinrichtung ist dabei vorzugsweise galvanisch mit einer Energiequelle außerhalb des Fahrzeugs verbunden. Als solche Energiequellen kommen vorzugsweise das öffentliche Stromnetz oder auch spezielle Stromversorgungseinrichtungen in Betracht, die zur Versorgung einer primären Induktionseinrichtung mit elektrischer Energie in der Lage sind.The primary induction device thus generates an electromagnetic alternating field which induces an alternating current in a secondary induction device which supplies a charging device for charging the vehicle battery with energy. The primary induction device is preferably galvanically connected to an energy source outside the vehicle. Such energy sources are preferably the public power grid or also special power supply devices that are capable of supplying a primary induction device with electrical energy.
Die primäre Induktionseinrichtung wird dabei vorzugsweise eine Mehrzahl von Leiterschleifen aufweisen, die von einem Wechselstrom durchflossen werden, der von der Energiequelle außerhalb des Fahrzeugs bereitgestellt wird. Die primäre Induktionseinrichtung gehört dabei vorzugsweise selbst nicht zum Fahrzeug, sondern zu einer Einrichtung, die in ähnlicher Weise wie eine Kraftstofftankstelle von einer Vielzahl von Fahrzeugen benutzt werden kann. Die primäre Induktionseinrichtung ist vorzugsweise so ausgestaltet und/oder angeordnet, dass die sekundäre Induktionseinrichtung, die vorzugsweise ein Bestandteil des Fahrzeugs ist, in einfacher Weise in eine Position gebracht werden kann, in der ein von der primären Induktionseinrichtung erzeugtes magnetisches Wechselfeld auf möglichst wirkungsvolle Weise in der sekundären Induktionseinrichtung einen Wechselstrom induzieren kann.The primary induction device will preferably have a plurality of conductor loops through which an alternating current flows, which is provided by the energy source outside the vehicle. The primary induction device preferably does not belong to the vehicle itself, but rather to a device that can be used by a large number of vehicles in a manner similar to a fuel filling station. The primary induction device is preferably designed and / or arranged in such a way that the secondary induction device, which is preferably a component of the vehicle, can be easily brought into a position in which an alternating magnetic field generated by the primary induction device is as effective as possible the secondary induction device can induce an alternating current.
Die primäre Induktionseinrichtung erzeugt mit Hilfe dieses durch die primäre Induktionseinrichtung fließenden Wechselstroms das elektromagnetische Wechselfeld, welches in der sekundären Induktionseinrichtung wiederum einen Wechselstrom induziert, der eine Ladeeinrichtung zum Laden der Fahrzeugbatterie mit Energie versorgt. Die Ladeeinrichtung hat dabei die Aufgabe, den in der sekundären Induktionseinrichtung induzierten Wechselstrom gleichzurichten, damit die dabei entstehende gleichgerichtete Spannung zum Laden der Fahrzeugbatterie verwendet werden kann.With the aid of this alternating current flowing through the primary induction device, the primary induction device generates the electromagnetic alternating field, which in turn induces an alternating current in the secondary induction device, which supplies a charging device for charging the vehicle battery with energy. The charging device has the task of rectifying the alternating current induced in the secondary induction device so that the resulting rectified voltage can be used to charge the vehicle battery.
Die in der primären Induktionseinrichtung, der sekundären Induktionseinrichtung und in der Ladeeinrichtung fließenden Ströme gehen dabei unvermeidlich mit einer Verlustleistung einher, in deren Folge sich in der primären Induktionseinrichtung, der sekundären Induktionseinrichtung und in der Ladeeinrichtung eine Verlustwärme entwickelt, deren Energieäquivalenz zwar von der Energiequelle außerhalb des Fahrzeugs abgezogen wird, welches jedoch nach dem Laden der Batterie dem Fahrzeug nicht zur Verfügung steht.The currents flowing in the primary induction device, the secondary induction device and in the charging device are inevitably associated with a power loss, as a result of which a heat loss develops in the primary induction device, the secondary induction device and in the charging device, the energy equivalence of which is external to the energy source of the vehicle, which is not available to the vehicle after the battery has been charged.
Die vorliegende Erfindung nutzt diese Verlustwärme vorteilhafterweise wenigstens teilweise, indem sie Wärmetransportmittel vorsieht, mit deren Hilfe die Wärmeenergie, die durch Verlustleistung vornehmlich in der primären Induktionseinrichtung, und nachgelagert in der sekundären Induktionseinrichtung und/oder in der Ladeeinrichtung entsteht, wenigstens teilweise abführt und gegebenenfalls einer weiteren Nutzung zuführt. Eine solche Nutzung kann zum Beispiel in der Erwärmung einer Fahrzeugbatterie, des Fahrzeuginnenraums und/oder einer Komponente der Klimatisierungseinrichtung des Fahrzeugs liegen. Dies wird anhand einer gezielten Anordnung der primären und sekundären Induktionseinrichtung sowie der Fahrzeugbatterie beispielsweise durch thermische Kopplung über anliegende Flächen der Komponenten erreicht, ohne zusätzliche mechanische Verbindungen wie beispielsweise Kanäle zwischen den Komponenten vorzusehen.The present invention advantageously uses this heat loss, at least in part, by providing heat transport means with the help of which the heat energy, which arises due to power loss primarily in the primary induction device and downstream in the secondary induction device and / or in the charging device, at least partially dissipates and, if necessary, one further use. Such use can be, for example, to heat a vehicle battery, the vehicle interior and / or a component of the air conditioning system of the vehicle. This is achieved on the basis of a targeted arrangement of the primary and secondary induction device and the vehicle battery, for example by thermal coupling via adjacent surfaces of the components, without providing additional mechanical connections such as channels between the components.
Erfindungsgemäß weisen die Wärmetransportmittel, welche in der Vorrichtung umfasst sind, keine Gebläseeinrichtungen auf.According to the invention, the heat transport means which are included in the device do not have any fan devices.
In einer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung weisen die Wärmetransportmittel wenigstens eine Kühl- und/oder Heizeinrichtung auf, die einen oder mehrere von einem gasförmigen und/oder flüssigen Wärmetransportmedium durchflossenen Wärmetransportkörper aufweist.In one embodiment of the device according to the invention, the heat transport means have at least one cooling and / or heating device which has one or more heat transport bodies through which a gaseous and / or liquid heat transport medium flows.
Die Wärmetransportmittel weisen dabei vorzugsweise wenigstens eine Kühleinrichtung auf, die dazu eingerichtet ist, der primären Induktionseinrichtung Wärme zu entziehen. Beispiele für solche Kühleinrichtungen sind von einem vorzugsweise gasförmigen und/oder flüssigen Wärmetransportmedium durchflossene Kühlkörper, der die primäre Induktionseinrichtung vorzugsweise über Wärmeleitmittel in einen Wärmeaustauschkontakt mit dem verwendeten Kühlmedium bringt. Um zu vermeiden, dass in den vorzugsweise gut wärmeleitenden Konstruktionselementen der Kühleinrichtung, die vorzugsweise in engem räumlichen Kontakt zu der primären Induktionseinrichtung stehen, unerwünschte Ströme induziert werden, ist die Kühleinrichtung vorzugsweise so gestaltet, dass eine Induktion derartiger unerwünschter (parasitärer) Wechselströme soweit wie möglich vermieden wird. Hierzu ist es insbesondere vorteilhaft, geschlossene Schleifen aus elektrisch leitendem Material bei der Konstruktion der Kühleinrichtung soweit wie möglich zu vermeiden.The heat transport means preferably have at least one cooling device which is set up to extract heat from the primary induction device. Examples of such cooling devices are a heat sink through which a preferably gaseous and / or liquid heat transport medium flows and which brings the primary induction device into heat exchange contact with the cooling medium used, preferably via heat conducting means. In order to avoid that undesired currents are induced in the structural elements of the cooling device, which are preferably in good thermal conductivity and are preferably in close spatial contact with the primary induction device, the cooling device is preferably designed in such a way that such undesired (parasitic) alternating currents are induced as far as possible is avoided. For this purpose, it is particularly advantageous to avoid closed loops made of electrically conductive material when constructing the cooling device as far as possible.
Außerdem ist es in diesem Zusammenhang vorteilhaft, elektrisch leitende und wärmeleitende Bereiche der Kühleinrichtung vorzugsweise wenigstens stückweise mit elektrisch isolierenden und vorzugsweise gut wärmeleitenden Konstruktionselementen zu unterbrechen, damit in diesen ansonsten elektrisch leitfähigen Konstruktionsbereichen der Kühleinrichtung keine unerwünschten Ströme induziert werden können. Vorzugsweise werden hierfür Wärmeleitfolien oder andere wärmeleitende aber elektrisch isolierende Materialien eingesetzt. Solche Materialien bestehen vorzugsweise aus elektrisch isolierenden Stoffen, in denen vorzugsweise metallische Körner oder Fäden fein verteilt derart angeordnet sind, dass es nicht zu einer elektrisch leitenden Verbindung kommt, dass jedoch die Wärmeleitungseigenschaften dieser metallischen Körner, Drähte oder Fäden eine ausreichend gute Wärmeleitung dieser Konstruktionselemente bewirken. Bevorzugt werden dazu Körper aus Silikon oder Zinkoxid verwendet, in die Partikel, Fäden oder Drähte aus Aluminium, Kupfer oder auch Silber eingelassen sind. Auch Füllstoffe aus Kohlenstoff-Nanopartikeln werden bevorzugt zur Verbesserung der Wärmeleitfähigkeit verwendet. Bevorzugt sind hierbei elastische Körper, weil diese geeignet sind, mechanische Spannungen, die von Temperaturgradienten oder von zeitlich veränderlichen Temperaturen in den Konstruktionen der Kühlkörper aufgebaut werden können, abzubauen oder aufzufangen.In addition, it is advantageous in this context to interrupt electrically conductive and thermally conductive areas of the cooling device, preferably at least in part, with electrically insulating and preferably highly thermally conductive construction elements, so that in these otherwise electrically conductive construction areas the Cooling device no undesired currents can be induced. For this purpose, heat-conducting foils or other heat-conducting but electrically insulating materials are preferably used. Such materials preferably consist of electrically insulating substances, in which metallic grains or threads are preferably arranged finely distributed in such a way that there is no electrically conductive connection, but that the heat conduction properties of these metallic grains, wires or threads cause these structural elements to conduct heat sufficiently well . For this purpose, bodies made of silicon or zinc oxide are preferably used, into which particles, threads or wires made of aluminum, copper or also silver are embedded. Fillers made from carbon nanoparticles are also preferably used to improve thermal conductivity. Elastic bodies are preferred here because they are suitable for reducing or absorbing mechanical stresses that can be built up in the structures of the heat sinks by temperature gradients or by temperatures that change over time.
An den Übergängen zwischen der Kühleinrichtung oder den Wärmeleitmitteln und den zu kühlenden primären Induktionseinrichtungen kommen vorzugsweise auch Wärmeleitpasten oder Wärmeleitkleber zum Einsatz. Vorzugsweise weisen diese Wärmeleitpasten oder Wärmeleitkleber gute Wärmeleitungseigenschaften in Verbindung mit elektrisch isolierenden Eigenschaften auf.Thermally conductive pastes or thermally conductive adhesives are also preferably used at the transitions between the cooling device or the heat-conducting means and the primary induction devices to be cooled. These thermally conductive pastes or thermally conductive adhesives preferably have good heat conduction properties in conjunction with electrically insulating properties.
Die Wärmetransportmittel weisen vorzugsweise außerdem wenigstens eine Heizeinrichtung auf, die dazu eingerichtet ist, insbesondere der primären Induktionseinrichtung entzogene Wärme wenigstens teilweise abzuführen, zu kühlen und die Kühlung bzw. Wärme für andere Komponenten der induktiven Ladung wie beispielsweise auch Zuleitungen und Kontaktierungen der primären Induktionseinrichtung zu nutzen.The heat transport means preferably also have at least one heating device, which is set up to at least partially dissipate heat extracted from the primary induction device, to cool it and to use the cooling or heat for other components of the inductive charge such as supply lines and contacts of the primary induction device .
In einer Ausgestaltung der Erfindung weist die Kühl- und/oder Heizeinrichtung mäandrierende Wärmetransportkörper auf.In one embodiment of the invention, the cooling and / or heating device has meandering heat transport bodies.
Hierdurch wird durch die Vergrößerung der Kontaktfläche zwischen den Wärmetransportkörpern und den Leiterschleifen eine sehr gute Effizienz erzielt. Dies ist eine bevorzugte Variante, da sich eine solche Anordnung der Komponente in der primären Induktionseinrichtung kostengünstig zum Beispiel über Bondingverfahren herstellen lässt.As a result, a very good efficiency is achieved by increasing the contact area between the heat transfer bodies and the conductor loops. This is a preferred variant, since such an arrangement of the component in the primary induction device can be produced inexpensively, for example by means of bonding processes.
In einer Ausgestaltung der Erfindung ist die Kühl- und/oder Heizeinrichtung innerhalb der primären Induktionseinrichtung derart angeordnet, dass sie unterhalb und/oder in den Zwischenräumen der Leiterschleifen der primären Induktionseinrichtung vorgesehen ist.In one embodiment of the invention, the cooling and / or heating device is arranged within the primary induction device in such a way that it is provided below and / or in the spaces between the conductor loops of the primary induction device.
Hierdurch ist eine unmittelbare Abfuhr der Verlustwärme gewährleistet, da auf diese Weise die Kühlkanäle in unmittelbarer Nähe der Leiterschleifen positioniert sind. Dies kann als Parallelzweig des Hauptkühlungskanals erfolgen oder auch durch einen separaten Zweig.This ensures that the heat loss is dissipated immediately, since in this way the cooling channels are positioned in the immediate vicinity of the conductor loops. This can take place as a parallel branch of the main cooling channel or also through a separate branch.
In einer Ausgestaltung der Erfindung sind die Wärmetransportmittel in einer zwischen der primären Induktionseinrichtung und der sekundären Induktionseinrichtung außerhalb des Fahrzeugs anordbaren zusätzlichen Kontaktierungsplatte vorgesehen.In one embodiment of the invention, the heat transport means are provided in an additional contacting plate that can be arranged between the primary induction device and the secondary induction device outside the vehicle.
In dieser Ausgestaltung ist somit eine zusätzliche Kontaktierungsplatte vorgesehen, die die durch die primäre und sekundäre Induktionseinrichtung erzeugte Wärme abführen kann. Aufgrund der Anordnung zwischen den Induktionseinrichtungen aber außerhalb des Fahrzeugs kann auf eine zusätzliche mechanische bzw. automatisierte Verbindung verzichtet werden. Die Kontaktierungsplatte kann über eine thermische Kopplung vorzugsweise flächig, besonders bevorzugt vollflächig, auf der primären Induktionseinrichtung angeordnet werden. Diese Anordnung kann dann im Gebrauchsfall zum Beispiel mittels einer Hebevorrichtung an die an der Unterseite des Fahrzeugs angebrachte sekundäre Induktionseinrichtung bis zum Kontakt herangebracht werden. Auch hier können Mittel vorgesehen sein, die die thermische Kopplung zwischen der Kontaktierungsplatte und der sekundären Induktionseinrichtung nochmals verbessern.In this embodiment, an additional contacting plate is provided that can dissipate the heat generated by the primary and secondary induction devices. Due to the arrangement between the induction devices but outside the vehicle, there is no need for an additional mechanical or automated connection. The contacting plate can be arranged on the primary induction device via a thermal coupling, preferably over the area, particularly preferably over the entire area. In use, this arrangement can then be brought up to contact with the secondary induction device attached to the underside of the vehicle, for example by means of a lifting device. Here, too, means can be provided which further improve the thermal coupling between the contacting plate and the secondary induction device.
Wie vorstehend im Hinblick auf die Wärmetransportmittel der Induktionseinrichtungen beschrieben können Kühl- bzw. Heizeinrichtungen innerhalb der Kontaktierungsplatte entweder alleine anstelle der Wärmetransportmittel in der primären Induktionseinrichtung oder auch zusätzlich hierzu vorgesehen sein. Diese Ausgestaltung ist in beiden Alternativen besonders vorteilhaft, weil ein gleichzeitiger thermischer Kontakt sowohl der primären als auch der sekundären Induktionseinrichtung mit den Wärmetransportmitteln herstellbar ist.As described above with regard to the heat transport means of the induction devices, cooling or heating devices can be provided within the contacting plate either alone instead of the heat transport means in the primary induction device or in addition thereto. This configuration is particularly advantageous in both alternatives because simultaneous thermal contact of both the primary and the secondary induction device with the heat transport means can be established.
In einer Ausgestaltung der Erfindung weist die Kontaktierungsplatte Eisenstege auf, die derart angeordnet sind, dass sich der von der primären Induktionseinrichtung erzeugte magnetische Fluss auf die einzelnen Eisenstege aufteilt und dann zur primären Induktionseinrichtung geführt wird.In one embodiment of the invention, the contacting plate has iron webs which are arranged in such a way that the magnetic flux generated by the primary induction device is divided between the individual iron webs and is then guided to the primary induction device.
Auf diese Weise kann der magnetische Fluss des durch die Leiterschleifen der primären Induktionseinrichtung erzeugten Feldes gezielt und verlustarm an die Leiterschleifen der sekundären Induktionseinrichtung übertragen werden. Gleichzeitig dienen die Eisenstege der mechanischen Stabilität der Kontaktierungsplatte und dem mechanischen Schutz der innerhalb der Kontaktierungsplatte vorgesehenen Wärmetransportmittel.In this way, the magnetic flux of the field generated by the conductor loops of the primary induction device can be transmitted in a targeted and low-loss manner to the conductor loops of the secondary induction device. Simultaneously the iron webs serve the mechanical stability of the contacting plate and the mechanical protection of the heat transport means provided within the contacting plate.
In einer Ausgestaltung der Erfindung weisen die primäre Induktionseinrichtung und/oder die sekundäre Induktionseinrichtung und/oder die zusätzliche Kontaktierungsplatte eine zumindest abschnittsweise Füllung der Zwischenräume zwischen den Leiterschleifen oder den Eisenstegen mit einer thermisch leitenden Vergussmasse auf.In one embodiment of the invention, the primary induction device and / or the secondary induction device and / or the additional contacting plate have at least some sections of the spaces between the conductor loops or the iron webs filled with a thermally conductive potting compound.
Beispiele für thermisch leitende Vergussmassen sind keramisch verfüllte Zwei-Komponenten Silikonelastomere, wärmeleitfähige Polyurethane oder gefüllte Epoxyharze.Examples of thermally conductive potting compounds are ceramic-filled two-component silicone elastomers, thermally conductive polyurethanes or filled epoxy resins.
In einer Ausgestaltung der Erfindung ist die sekundäre Induktionseinrichtung im Bereich des Fahrzeugbodens, bevorzugt im Bereich des mittleren Fahrzeugbodens zwischen den Achsen des Fahrzeugs, angeordnet.In one embodiment of the invention, the secondary induction device is arranged in the area of the vehicle floor, preferably in the area of the middle vehicle floor between the axles of the vehicle.
Bei einem Elektrofahrzeug wird es häufig wünschenswert sein, die sekundäre Induktionseinrichtung in der Nähe der äußeren Begrenzung des Fahrzeugs anzuordnen, um beim Ladevorgang ein unkompliziertes Andocken des Fahrzeugs an die Ladestation zu ermöglichen, bei dem die sekundäre Induktionseinrichtung in eine Position relativ zu der primären Induktionseinrichtung kommt, die eine wirkungsvolle Induktion ermöglicht. Die Fahrzeugbatterie wird häufig in der Mitte des unteren Fahrzeugbereichs angebracht sein, um sie besonders wirkungsvoll gegen schädliche mechanische Einwirkungen, insbesondere bei Verkehrsunfällen schützen zu können.In the case of an electric vehicle, it will often be desirable to arrange the secondary induction device in the vicinity of the outer boundary of the vehicle in order to allow the vehicle to dock easily with the charging station during the charging process, in which the secondary induction device comes into a position relative to the primary induction device that enables effective induction. The vehicle battery is often attached in the middle of the lower vehicle area in order to be able to protect it particularly effectively against harmful mechanical effects, in particular in the event of traffic accidents.
In einer Ausführungsform der Erfindung ist die Fahrzeugbatterie in thermischer Kopplung mit der sekundären Induktionseinrichtung angeordnet, bevorzugt oberhalb der sekundären Induktionseinrichtung.In one embodiment of the invention, the vehicle battery is arranged in thermal coupling with the secondary induction device, preferably above the secondary induction device.
Eine bevorzugte Anordnung der primären und sekundären Induktionseinrichtung sowie der Fahrzeugbatterie sieht erfindungsgemäß daher vor, dass eine flächige, vorzugsweise vollflächige, thermische Kontaktierung der Komponenten gegeben ist. Dies kann beispielsweise durch direkte Anlage der Außenflächen der Komponenten oder durch das Vorsehen von thermisch leitenden Zwischenschichten erfolgen. Eine solche thermisch leitende Zwischenschicht umfasst somit eine Wärmeleiteinrichtung. Diese Wärmeleiteinrichtung umfasst vorzugsweise wenigstens ein Peltier-Element, dessen warme Seite bei dieser Betriebsart der erfindungsgemäßen Anordnung mit einer Wärmesenke oder der Wärmeleiteinrichtung in Wärmeleitkontakt gebracht wird. Dies geschieht während des Ladevorgangs vorzugsweise durch ein Andocken des Peltier-Elementes an der Wärmesenke oder der Wärmeleiteinrichtung, die in räumlicher Nähe zu der primären Induktionseinrichtung so angeordnet ist, dass es bei dem Andocken des Fahrzeugs an die primäre Induktionseinrichtung automatisch zu einem Wärme-leitenden Kontakt des Peltier-Elementes mit der Wärmesenke oder der Wärmeleiteinrichtung kommt.According to the invention, a preferred arrangement of the primary and secondary induction devices and the vehicle battery therefore provides that there is a flat, preferably full-area, thermal contacting of the components. This can be done, for example, by direct contact with the outer surfaces of the components or by providing thermally conductive intermediate layers. Such a thermally conductive intermediate layer thus comprises a heat conduction device. This heat-conducting device preferably comprises at least one Peltier element, the warm side of which is brought into heat-conducting contact with a heat sink or the heat-conducting device in this operating mode of the arrangement according to the invention. This is done during the charging process, preferably by docking the Peltier element on the heat sink or the heat conduction device, which is arranged in close proximity to the primary induction device in such a way that when the vehicle is docked on the primary induction device, there is automatically a thermally conductive contact of the Peltier element comes with the heat sink or the heat conduction device.
Mit anderen Worten liegt der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Laden einer Fahrzeugbatterie der Gedanke zugrunde, dass durch eine wie vorstehend beschriebene Anordnung der primären Induktionseinrichtung, der sekundären Induktionseinrichtung und gegebenenfalls auch der Fahrzeugbatterie gezielt und auf einfache Weise ohne weitere mechanische Verbindungen eine Verlustwärmeabfuhr über eine Kühlung der primären Induktionseinrichtung erfolgen kann. Dabei ist die Kühlung entweder innerhalb der primären Induktionseinrichtung in Form von Fluid durchströmten Kühleinrichtungen wir Kühlkanälen und/oder außerhalb der primären Induktionseinrichtung in Form einer zusätzlichen Kontaktierungsplatte angeordnet.In other words, the device according to the invention for charging a vehicle battery is based on the idea that through an arrangement of the primary induction device, the secondary induction device and possibly also the vehicle battery as described above, heat loss can be dissipated by cooling the primary in a targeted and simple manner without further mechanical connections Induction device can be done. The cooling is arranged either inside the primary induction device in the form of cooling devices through which fluid flows, such as cooling channels and / or outside the primary induction device in the form of an additional contacting plate.
Hierdurch können in vorteilhafter Weise Kühleinrichtungen an oder in der sekundären, d.h. fahrzeugseitigen, Induktionseinrichtung vermieden werden. Neben einer Gewichtsreduktion kann hierdurch auch vermieden werden, dass es aufgrund von Leckagen oder Brüchen in der thermischen Kopplung der sekundären Induktionseinrichtung, der Ladeeinrichtung und der Fahrzeugbatterie durch dauerhafte mechanische Beanspruchung zu Schäden oder Ausfällen am Fahrzeug kommt.In this way, cooling devices on or in the secondary, i.e. on-board, induction device can advantageously be avoided. In addition to a weight reduction, this can also prevent damage or failure of the vehicle from permanent mechanical stress due to leaks or breaks in the thermal coupling of the secondary induction device, the charging device and the vehicle battery.
Vorzugsweise besitzt die Fahrzeugbatterie ein Gehäuse mit wärmeisolierenden Wänden. Nur der Boden der Fahrzeugbatterie ermöglicht erfindungsgemäß eine thermische Kopplung mit der darunter angeordneten sekundären Induktionseinrichtung. Auf diese Weise wird erreicht, dass die von der sekundären Induktionseinrichtung abgegebene Wärme wirkungsvoll der Fahrzeugbatterie zugeführt werden kann, weil ein Entweichen der Wärme durch die Wände des Fahrzeugbatteriegehäuses weitgehend vermieden wird.The vehicle battery preferably has a housing with heat-insulating walls. According to the invention, only the bottom of the vehicle battery enables thermal coupling with the secondary induction device arranged below. In this way it is achieved that the heat given off by the secondary induction device can be effectively fed to the vehicle battery, because the heat is largely prevented from escaping through the walls of the vehicle battery housing.
Die Erfindung umfasst weiterhin ein Verfahren zum Laden einer Fahrzugbatterie eines Fahrzeugs, bei welchem eine primäre Induktionseinrichtung, die von einer Energiequelle außerhalb des Fahrzeugs gespeist wird und ein elektromagnetisches Wechselfeld erzeugt, das in einer sekundären Induktionseinrichtung einen Wechselstrom induziert, der eine Ladeeinrichtung zum Laden der Fahrzeugbatterie mit Energie versorgt, wobei die Wärmeenergie, die durch die Verlustleistung in der sekundären Induktionseinrichtung, in der primären Induktionseinrichtung und/oder in der Ladeeinrichtung entsteht, mit Hilfe hierzu vorgesehener Wärmetransportmittel wenigstens teilweise abgeführt wird. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass wenigstens ein Wärmetransportmittel innerhalb der oder thermisch koppelbar mit der primären Induktionseinrichtung angeordnet wird und dort die Wärmeenergie aufnimmt.The invention further comprises a method for charging a vehicle battery of a vehicle, in which a primary induction device, which is fed by an energy source outside the vehicle and generates an alternating electromagnetic field, which induces an alternating current in a secondary induction device, which a charging device for charging the vehicle battery supplied with energy, the thermal energy generated by the power dissipation in the secondary induction device in the primary Induction device and / or arises in the charging device, with the aid of heat transport means provided for this purpose, is at least partially removed. According to the invention it is provided that at least one heat transport means is arranged within or thermally coupled to the primary induction device and absorbs the thermal energy there.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der Wärmetransport nicht mittels Gebläseeinrichtungen erfolgt.According to the invention it is provided that the heat is not transported by means of fan devices.
In einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Fahrzeugbatterie derart mit der sekundären Induktionseinrichtung verbunden, dass sie durch die Wärmetransportmittel geheizt oder gekühlt wird.In one embodiment of the method according to the invention, the vehicle battery is connected to the secondary induction device in such a way that it is heated or cooled by the heat transport means.
Es gibt eine Vielzahl von Möglichkeiten, die Vorrichtung und das Verfahren zum Laden einer Fahrzeugbatterie auszugestalten und weiterzubilden. Hierfür darf zunächst auf die dem Patentanspruch 1 nachgeordneten Patentansprüche verwiesen werden. Im Folgenden darf eine Ausgestaltungen der Erfindung anhand der Zeichnungen und den dazugehörigen Beschreibungen näher erläutert werden. In den Zeichnungen zeigt:
-
1 in einer stark schematisierten Darstellung eine Querschnittsansicht einer beispielhaften Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung, und -
2 in einer stark schematisierten Darstellung eine perspektivische Querschnittsansicht einer beispielhaften Ausgestaltung einer Kontaktierungsplatte gemäß der vorliegenden Erfindung.
-
1 in a highly schematic illustration a cross-sectional view of an exemplary device according to the present invention, and -
2 in a highly schematic representation, a perspective cross-sectional view of an exemplary embodiment of a contacting plate according to the present invention.
Die Figuren dienen der konzeptionellen Veranschaulichung und sind weder in ihren Dimensionen noch in ihren Proportionen maßstabsgerecht.The figures serve the conceptual illustration and are neither in their dimensions nor in their proportions to scale.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst eine sekundäre Induktionseinrichtung
Eine in der
In der sekundären Induktionseinrichtung
Die Wärmetransportmittel sind in der gezeigten Ausführungsform als Kühlrohre
Die Kontaktierungsplatte
Die thermische Kopplung der Anordnung aus primärer Induktionseinrichtung
In der gezeigten Ausgestaltung der Erfindung ist weiterhin innerhalb des Fahrzeugs
In
BezugszeichenlisteList of reference symbols
- 11
- FahrzeugbatterieVehicle battery
- 22
- Fahrzeugvehicle
- 33
- sekundäre Induktionseinrichtungsecondary induction device
- 44th
- primäre Induktionseinrichtungprimary induction device
- 55
- elektromagnetisches Wechselfeldalternating electromagnetic field
- 66th
- WechselstromAlternating current
- 77th
- LadeeinrichtungCharging device
- 88th
- WärmetransportmittelMeans of heat transfer
- 99
- Kühl- und/oder HeizeinrichtungCooling and / or heating device
- 1010
- KontaktierungsplatteContacting plate
- 1111
- EisenstegeIron bars
- 1212th
- Thermische KopplungsmittelThermal coupling agents
- 1313th
- Kühlmedienein/auslassCoolant inlet / outlet
- 1414th
- Kühlmedienein/auslassCoolant inlet / outlet
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited
- EP 0666805 B1 [0004]EP 0666805 B1 [0004]
- DE 102010044999 A1 [0005]DE 102010044999 A1 [0005]
- WO 2011/006884 [0007]WO 2011/006884 [0007]
- DE 102015006308 A1 [0007]DE 102015006308 A1 [0007]
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-
2019
- 2019-11-07 DE DE102019130089.4A patent/DE102019130089A1/en active Pending
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Legal Events
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R083 | Amendment of/additions to inventor(s) | ||
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