DE102019215423A1

DE102019215423A1 - Ladevorrichtung für ein induktives Ladesystem

Info

Publication number: DE102019215423A1
Application number: DE102019215423.9A
Authority: DE
Inventors: Roland Schneider
Original assignee: Vitesco Technologies GmbH
Current assignee: Vitesco Technologies GmbH
Priority date: 2019-10-09
Filing date: 2019-10-09
Publication date: 2021-04-15

Abstract

Ladevorrichtung (1) für ein induktives Ladesystem zur Übertragung von Energie an einen elektrischen Energiespeicher, wobei die Ladevorrichtung (1) zumindest eine Primärspule (2) aufweist, die auf einer Oberseite (10) eines Abschirmblechs (4) angeordnet ist, wobei auf der Oberseite (10) des Abschirmblechs (4) ferner Sensoren (12) eines Fremdkörperdetektionssystems und/oder eines Positionierungssystems angeordnet sind, wobei Signalleitungen für die Sensoren (12) und Leistungsleitungen für die Primärspule (2) auf einer Unterseite (11) des Abschirmblechs (4) angeordnet und durch Durchgangslöcher (32) in dem Abschirmblech (4) mit den Sensoren (12) bzw. der Primärspule (2) verbunden sind.

Description

Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Ladevorrichtung für ein induktives Ladesystem.
Die Energiespeicher elektrisch betriebener Einrichtungen, insbesondere elektrisch betriebener Kraftfahrzeuge, werden immer häufiger kabellos mittels induktiver Ladeverfahren aufgeladen. Beim induktiven Laden der Batterie eines Kraftfahrzeugs beispielsweise wird von einer im Boden, beispielsweise im Boden einer Garage, integrierten Ladevorrichtung elektrische Energie mittels einer Primärspule zu einer im Unterboden des Fahrzeugs angeordneten Sekundärspule übertragen. Die Positionierung der mindestens einen Sekundärspule möglichst exakt über der zumindest einen Primärspule der Ladevorrichtung erfolgt dabei zweckmäßigerweise mithilfe eines Positionierungssystems, das einem Fahrer des Kraftfahrzeugs bei der Positionierung seines Fahrzeugs über der Ladevorrichtung assistiert.
Aus der DE 10 2017 218 062 A1 ist ein induktives Ladesystem für ein Kraftfahrzeug bekannt.
Derartige als Bodenplatten ausgebildete Ladevorrichtungen verfügen typischerweise auch über Fremdkörperdetektionssysteme, die das Vorhandensein von Fremdkörpern im Magnetfeld während des Ladevorgangs überwachen. Damit soll zum einen vermieden werden, dass sich metallische Gegenstände im Magnetfeld befinden und durch induzierte Ströme gefährlich aufheizen können. Zum anderen soll vermieden werden, dass sich lebende Objekte wie beispielsweise Personen oder Haustiere im Magnetfeld befinden und zu Schaden kommen. Typischerweise kommen als Fremdkörperdetektionssysteme herkömmliche Radarsysteme zum Einsatz.
Die Ladevorrichtung umfasst demnach nicht nur die Primärspule, sondern auch Sensorik, typischerweise auch Steuereinheiten sowie Signal- und Leistungsleitungen. Derartige Leitungen sind ebenfalls im Magnetfeld angeordnet und können sich im Betrieb aufheizen.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Ladevorrichtung für ein induktives Ladesystem anzugeben, das gleichzeitig sicher und verschleißarm ist.
Diese Aufgabe wird gelöst durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs. Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen, der folgenden Beschreibung und den Zeichnungen.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird eine Ladevorrichtung für ein induktives Ladesystem zur Übertragung von Energie an einen elektrischen Energiespeicher angegeben, wobei die Ladevorrichtung zumindest eine Primärspule aufweist, die auf einer Oberseite eines Abschirmbleches angeordnet ist, wobei auf der Oberseite des Abschirmbleches ferner Sensoren eines Fremdkörperdetektionssystems und/oder eines Positionierungssystems angeordnet sind. Signalleitungen für die Sensoren und Leistungsleitungen für die Primärspule sind auf einer Unterseite des Abschirmbleches angeordnet und durch Durchgangslöcher in dem Abschirmblech mit den Sensoren bzw. der Primärspule verbunden.
Die Ladevorrichtung hat den Vorteil, dass die Signal- und Leistungsleitungen unterhalb des Abschirmbleches dem Einfluss des Magnetfelds erheblich weniger ausgesetzt sind. Das Abschirmblech reduziert den magnetischen Fluss durch Leitungen, die unterhalb des Abschirmbleches angeordnet sind, gegenüber solchen, die oberhalb des Abschirmbleches angeordnet sind. Das hat zur Folge, dass durch die Reduzierung von Störsignalen die Signalqualität der Sensoren erheblich verbessert wird. Zudem wird ein starkes Aufheizen der Signalleitungen und der Leistungsleitungen verhindert und somit die Lebensdauer der Bauteile erhöht.
Gemäß einer Ausführungsform ist das Abschirmblech wannenförmig ausgebildet und weist einen umlaufenden Rand auf, der von der Oberseite des Abschirmblechs hochgezogen ist. Diese Ausführungsform hat den Vorteil, dass das Abschirmblech durch seine Wannenform besonders stabil ausgebildet ist und sowohl die Primärspule als auch die Sensoren des Fremdkörperdetektionssystems und/oder des Positionierungssystems durch den umlaufenden Rand geschützt sind.
Das Abschirmblech kann insbesondere aus Aluminium ausgebildet sein.
Zur mechanischen Verstärkung kann das Abschirmblech zudem eine Anzahl von Sicken aufweisen. Bei diesen handelt es sich um rinnenförmige Wölbungen des Abschirmblechs, wobei die Sicken insbesondere derart ausgebildet sein können, dass sie nach oben gewölbte Kabelführungen auf der Unterseite des Abschirmblechs ausbilden und in diesen Kabelführungen Signal- oder Leistungsleitungen geführt sind.
Bei dieser Ausführungsform werden die Sicken, die im Übrigen zur mechanischen Stabilisierung und Versteifung dienen, genutzt, um die Signal- und Leistungsleitungen darin zu führen. Ferner können die Sicken auch zur Unterbringung von elektrischen Bauteilen, insbesondere Kondensatoren, dienen. Gemäß dieser Ausführungsform bilden die Sicken Hohlräume auf der Unterseite des Abschirmblechs aus. Es ist auch denkbar, dass das Abschirmblech in unterschiedliche Richtungen gewölbte Sicken aufweist, sodass sowohl auf der Unterseite als auch auf der Oberseite des Abschirmblechs Hohlräume ausgebildet sind. Weist das Abschirmblech jedoch eine Wannenform auf, so definiert der umlaufende Rand auf der Oberseite des Abschirmblechs ohnehin einen Platz zum Unterbringen von Bauteilen. In diesem Fall sind vor allem nach oben gewölbte Sicken vorteilhaft, um auch an der Unterseite des Abschirmblechs Platz zur Unterbringung von Bauteilen bzw. Signal- und Leistungsleitungen zu schaffen.
Diese Ausführungsform hat den Vorteil, dass die einzelnen Komponenten der Ladevorrichtung besonders platzsparend an dem Abschirmblech angeordnet werden können und die Bauhöhe der gesamten Ladevorrichtung durch das Abschirmblech nicht vergrößert wird.
Gemäß einer Ausführungsform ist zumindest ein Steuergerät für die Ladevorrichtung auf der Unterseite des Abschirmblechs angeordnet. Unter einem Steuergerät wird dabei eine Steuereinheit verstanden, die insbesondere die Stromzufuhr zu der Primärspule und/oder die Sensorik der Ladevorrichtung steuert. Diese Anordnung hat den Vorteil, dass auch das Steuergerät für die Ladevorrichtung dem Einfluss des Magnetfeldes weitgehend entzogen ist.
Das Fremdkörperdetektionssystem kann insbesondere als Radarsystem zur Detektion lebender Objekte ausgebildet sein. Ein solches Radarsystem arbeitet typischerweise in einem Frequenzbereich zwischen 3 und 8 GHz. Typischerweise sind vier Radarsensoren vorgesehen, um lebende Objekte bzw. deren Bewegung im Bereich des Magnetfelds detektieren zu können.
Ein Fremdkörperdetektionssystem, das magnetische Objekte im Bereich des Magnetfelds detektiert, arbeitet typischerweise im Frequenzbereich zwischen 100 und 400 kHz. Ein derartiges Detektionssystem kann ebenfalls vorgesehen sein.
Gemäß einer Ausführungsform weist die Ladevorrichtung ferner eine Bodenplatte auf, auf deren Oberseite das Abschirmblech angeordnet ist, sowie einen Abdeckrahmen, der auf der Oberseite des Abschirmblechs angeordnet und mit seiner Unterseite der Oberseite des Abschirmblechs zugewandt ist. Der Abdeckrahmen deckt die Primärspule und die Sensoren des Fremdkörperdetektionssystems und/oder des Positionierungssystems ab. Typischerweise weist er Seitenwände auf, sodass er auch eine seitliche Abdeckung von Komponenten der Ladevorrichtung bildet.
Die Ladevorrichtung weist ferner einen Sensor eines Detektionssystems für metallische Fremdkörper auf, der auf einer Oberseite des Abdeckrahmens angeordnet ist, sowie eine Abdeckplatte, die auf dem Sensor des Detektionssystems für metallische Fremdkörper angeordnet ist.
Dieser Aufbau der Ladevorrichtung hat den Vorteil, dass sämtliche Komponenten der Ladevorrichtung, die dem Einfluss des Magnetfelds vorteilhafter Weise entzogen werden sollen, unterhalb des Abschirmblechs angeordnet sind. Dabei ist die Ladevorrichtung insbesondere durch die wannenartige Ausbildung des Abschirmblechs und die Unterbringung von Leitungen bzw. Komponenten in den durch die Sicken gebildeten Hohlräumen besonders kompakt aufgebaut.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung weist ein Ladesystem für ein elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug die beschriebene Ladevorrichtung auf. Ein Gegenstück zu der Ladevorrichtung mit einer Sekundärspule ist im Kraftfahrzeug verbaut.
Ausführungsformen der Erfindung werden im Folgenden anhand schematischer Zeichnungen beispielhaft beschrieben.

1 zeigt eine Explosionsdarstellung einer Ladevorrichtung 1 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
2 zeigt eine Schnittansicht eines Abschirmblechs der Ladevorrichtung gemäß 1 in einer Schnittansicht;
3 zeigt das Abschirmblech gemäß 2 in einer Draufsicht und
4 zeigt das Abschirmblech gemäß 2 in einer Ansicht von unten.

1 zeigt eine Explosionsdarstellung einer Ladevorrichtung 1 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung zum induktiven Aufladen einer Fahrzeugbatterie.
Die Ladevorrichtung 1 weist eine Primärspule 2 auf zur induktiven Übertragung elektrischer Energie an eine im Fahrzeug angeordnete, in der Figur nicht gezeigte Sekundärspule. Die Primärspule 2 ist auf einem wannenförmigen Abschirmblech 4 angeordnet. Das Abschirmblech 4 weist einen Boden 6 mit einer Oberseite 10 und einer in 1 nicht gezeigten Unterseite auf. Von dem Boden 6 ist ein umlaufender Rand 8 nach oben gezogen.
Neben der Primärspule 2 sind auf der Oberseite 10 des Abschirmblechs 4 weitere Komponenten angeordnet, insbesondere vier Sensoren 12 eines Radarsystems zur Fremdkörperdetektion. Die Sensoren 12 sind in der gezeigten Ausführungsform in den Ecken des Abschirmblechs 4 angeordnet. Die Ladevorrichtung 1 weist weitere, in 1 nicht dargestellte Komponenten auf, insbesondere auch Kondensatoren, die auf einer Unterseite des Abschirmblechs 4 angeordnet sind.
Das Magnetfeld der Primärspule 2, die den nicht gezeigten Energiespeicher mit hohen Ladeleistungen, beispielsweise mit einer Ladeleistung von 11 kW, laden kann, wird durch das Abschirmblech 4 nach unten weitgehend abgeschirmt. In der Figur nicht gezeigte Signalleitungen, die die Sensoren 12 mit einer Steuereinheit der Ladevorrichtung 1 verbinden, sind unterhalb des Abschirmblechs 4 geführt und somit dem Einfluss des Magnetfelds weitgehend entzogen. Dazu weist das Abschirmblech 4 Durchgangslöcher und Sicken auf, die anhand der 2 bis 4 näher beschrieben werden.
Leistungs- und Signalleitungen sind über die Anschlüsse 14 nach außen geführt.
Die Ladevorrichtung 1 weist eine Bodenplatte 16 auf, die das wannenförmige Abschirmblech 4 mit den daran angeordneten Komponenten nach unten abdeckt. Ferner weist die Ladevorrichtung 1 einen Abdeckrahmen 18 auf, der auf der Oberseite 10 des Abschirmblechs 4 angeordnet ist und ein stabiles Gehäuse für die Ladevorrichtung 1 ausbildet. Der Abdeckrahmen 18 weist eine zentrale Öffnung 21 zur Unterbringung der Primärspule 2 auf. Eine Oberseite 19 des Abdeckrahmens 18 kann Bereiche einer Gehäuseaußenseite bilden.
In der gezeigten Ausführungsform ist der Abdeckrahmen 18 zweiteilig ausgebildet und weist neben dem eigentlichen Abdeckrahmen auch eine Zwischenplatte 22 auf. Die zentrale Öffnung 21 wird von der Zwischenplatte 22 abgedeckt.
Oberhalb der Zwischenplatte 22 ist ein Sensor 24 eines Detektionssystems zur Detektion magnetischer Fremdkörper im Magnetfeld der Primärspule 2 angeordnet. Der Sensor 24 wird durch eine Abdeckplatte 26 abgedeckt, die zusammen mit der Oberseite 19 des Abdeckrahmens 18 eine Oberseite eines Gehäuses für die Ladevorrichtung 1 bildet.
2 zeigt das wannenförmige Abschirmblech 4 in einer Schnittansicht. In dieser Ansicht ist der von dem Boden 6 nach oben gezogene umlaufende Rand 8 erkennbar. Ferner sind in dieser Ansicht Sicken 28 in dem Boden 6 gezeigt, die in der Draufsicht von 3 und in der Sicht auf die Unterseite 11 in 4 ebenfalls erkennbar sind.
Die Sicken 28 sind teilweise als rinnenförmige und teilweise als plateauförmige Wölbungen des Bodens 6 nach oben ausgebildet. Unterhalb der Sicken 28 sind somit Hohlräume 30 gebildet. Die Sicken 28 sind, wie insbesondere in den 3 und 4 erkennbar ist, derart angeordnet, dass die Hohlräume 30 teilweise Kabelführungen für die Signalleitungen ausbilden, die zu den Radarsensoren 12 geführt sind. Zudem bilden manche Sicken 28 Kabelführungen für Leistungsleitungen für die Primärspule 2. Als Kabelführungen sind dabei insbesondere die länglichen rinnenförmigen Sicken 28 geeignet. Plateauförmige Sicken 28 sind besonders zur Anordnung von Komponenten wie beispielsweise Kondensatoren geeignet.
Die Signal- und Leistungsleitungen sind somit unterhalb des Abschirmblechs 4 geführt, jedoch in den durch die Sicken 28 gebildeten Hohlräumen 30, so dass sie nicht über die Höhe des Randes 8 hinausragen und die Ladevorrichtung 1 besonders kompakt ausgebildet ist.
Das Abschirmblech 4 weist ferner eine Reihe von Durchgangslöchern 32 zur Durchführung der Signal- und Leistungsleitungen auf. Ferner weist es in der gezeigten Ausführungsform zumindest eine Durchgangsöffnung 34 für eine Platine der Steuereinrichtung 20 auf. Dabei kann es sich bei der Steuereinrichtung 20 insbesondere um die Steuerung des Sensors 24 handeln. Die Hauptsteuerung der Ladevorrichtung 1 ist beispielsweise auf der Unterseite 11 des Abschirmblechs 4 zentral unterhalb der Primärspule 2 angeordnet.
Die Sicken 28 stabilisieren das Abschirmblech 4 und verhindern Verwölbungen des Abschirmblechs 4. Gleichzeitig werden sie derart geformt und angeordnet, dass die durch sie gebildeten Hohlräume als Kabelführungen oder als Platz zur Anordnung von Bauteilen, beispielsweise Kondensatoren, genutzt werden können, um die Ladevorrichtung 1 besonders kompakt zu gestalten und insbesondere ihre Bauhöhe zu reduzieren.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102017218062 A1 [0003]

Claims

Ladevorrichtung (1) für ein induktives Ladesystem zur Übertragung von Energie an einen elektrischen Energiespeicher, wobei die Ladevorrichtung (1) zumindest eine Primärspule (2) aufweist, die auf einer Oberseite (10) eines Abschirmblechs (4) angeordnet ist, wobei auf der Oberseite (10) des Abschirmblechs (4) ferner Sensoren (12) eines Fremdkörperdetektionssystems und/oder eines Positionierungssystems angeordnet sind, wobei Signalleitungen für die Sensoren (12) und Leistungsleitungen für die Primärspule (2) auf einer Unterseite (11) des Abschirmblechs (4) angeordnet und durch Durchgangslöcher (32) in dem Abschirmblech (4) mit den Sensoren (12) bzw. der Primärspule (2) verbunden sind.
Ladevorrichtung (1) nach Anspruch 1, wobei das Abschirmblech (4) wannenförmig ausgebildet ist und einen umlaufenden Rand (8) aufweist, der von der Oberseite (10) des Abschirmblechs (4) hochgezogen ist.
Ladevorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Abschirmblech (4) aus Aluminium ausgebildet ist.
Ladevorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Abschirmblech (4) eine Anzahl von Sicken (28) zur mechanischen Verstärkung aufweist.
Ladevorrichtung (1) nach Anspruch 4, wobei eine Anzahl von Sicken (28) nach oben gewölbte Kabelführungen auf der Unterseite (11) des Abschirmblechs (4) ausbilden und in diesen Kabelführungen Signal- oder Leistungsleitungen geführt sind.
Ladevorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei zumindest ein Steuergerät (20) für die Ladevorrichtung (1) auf der Unterseite (11) des Abschirmblechs (4) angeordnet ist.
Ladevorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das Fremdkörperdetektionssystem als Radarsystem zur Detektion lebender Objekte ausgebildet ist.
Ladevorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, die ferner folgendes aufweist: - eine Bodenplatte (16), auf deren Oberseite das Abschirmblech (4) angeordnet ist, - einen Abdeckrahmen (18), der auf der Oberseite (10) des Abschirmblechs (4) angeordnet und mit seiner Unterseite der Oberseite (10) des Abschirmblechs (4) zugewandt ist und die Primärspule (2) und die Sensoren (12) des Fremdkörperdetektionssystems und/oder des Positionierungssystems abdeckt; - zumindest einen Sensor (24) eines Detektionssystems für metallische Fremdkörper, der auf einer Oberseite des Abdeckrahmens (18) angeordnet ist und - eine Abdeckplatte (26), die auf dem Sensor (24) des Detektionssystems für metallische Fremdkörper angeordnet ist.
Ladesystem für ein elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug mit einer Ladevorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8.