DE102020120015A1 - Motor vehicle, system and method for charging a traction battery - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein System, ein Verfahren zum Laden einer Traktionsbatterie und ein Kraftfahrzeug (12). Das Kraftfahrzeug (12) weist einen Brennstofftank (16) für eine Brennstoffzelle (18) und eine Traktionsbatterie (20) auf, wobei der Brennstofftank (16) eine Sekundärspulenvorrichtung (24) aufweist, die dazu ausgebildet ist, durch elektromagnetische Induktion einen Strom zu erzeugen und mit dem Strom die Traktionsbatterie (20) zu laden.The invention relates to a system, a method for charging a traction battery and a motor vehicle (12). The motor vehicle (12) has a fuel tank (16) for a fuel cell (18) and a traction battery (20), the fuel tank (16) having a secondary coil device (24) which is designed to generate a current by electromagnetic induction and to charge the traction battery (20) with the current.
Description
Die Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug mit einem Brennstofftank für eine Brennstoffzelle und mit einer Traktionsbatterie, ein System mit einer bodenseitigen Primärspulenvorrichtung und einem Kraftfahrzeug sowie ein Verfahren zum Laden einer Traktionsbatterie.The invention relates to a motor vehicle with a fuel tank for a fuel cell and with a traction battery, a system with a ground-side primary coil device and a motor vehicle, and a method for charging a traction battery.
Derzeit wird ein Kraftfahrzeug mit einer Brennstoffzelle, das auch als Brennstoffzellenfahrzeug bezeichnet werden kann, meist so konzipiert, dass zusätzlich zu einem Brennstofftank auch eine batterieelektrische Energiequelle, das heißt eine Hochvolt-Batterie oder Traktionsbatterie, gegeben ist, um verschiedene Betriebsstrategien und Antriebskonzepte umzusetzen. Die Traktionsbatterie kann vorzugsweise zusätzlich extern über einen separaten Ladeanschluss oder mittels Induktionsspulen geladen werden.Currently, a motor vehicle with a fuel cell, which can also be referred to as a fuel cell vehicle, is usually designed in such a way that, in addition to a fuel tank, there is also a battery-electric energy source, i.e. a high-voltage battery or traction battery, in order to implement various operating strategies and drive concepts. The traction battery can preferably also be charged externally via a separate charging connection or by means of induction coils.
Ein Brennstofftank, wie beispielsweise ein Wasserstofftank, befindet sich vorrangig an einer Unterseite des Kraftfahrzeugs. Auch ein induktives Ladesystem zum Laden der Traktionsbatterie kann an einer Unterseite des Kraftfahrzeugs angeordnet sein. Hierbei wird über eine Primärspule am Boden kontaktlos Energie zu einer Sekundärspule im Kraftfahrzeug übertragen, wobei die induzierte Energie anschließend in der Traktionsbatterie gespeichert werden kann.A fuel tank, such as a hydrogen tank, is primarily located on an underside of the automobile. An inductive charging system for charging the traction battery can also be arranged on the underside of the motor vehicle. In this case, energy is transmitted contactlessly via a primary coil on the ground to a secondary coil in the motor vehicle, with the induced energy then being able to be stored in the traction battery.
Nachteilig bei einem Kraftfahrzeug mit einem Brennstofftank und einem induktiven Ladesystem ist es, dass bei dieser Ausgestaltung an einer Unterseite des Kraftfahrzeugs ein hoher Platzbedarf erforderlich ist, wodurch eine Ausrichtung von Primär- zu Sekundärspule erschwert wird.The disadvantage of a motor vehicle with a fuel tank and an inductive charging system is that this configuration requires a lot of space on the underside of the motor vehicle, making it difficult to align the primary coil with the secondary coil.
Aus der
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Aufladen einer Traktionsbatterie zu erleichtern.The object of the invention is to make it easier to charge a traction battery.
Diese Aufgabe wird durch die unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind durch die abhängigen Ansprüche, die vorliegende Beschreibung sowie die Figuren offenbart.This object is solved by the independent patent claims. Advantageous developments of the invention are disclosed by the dependent claims, the present description and the figures.
Die Erfindung basiert auf der Erkenntnis, dass durch eine Kombination einer Sekundärspulenvorrichtung mit einem Brennstofftank Platz einspart und somit die Sekundärspulenvorrichtung zum induktiven Laden leichter erreichbar ist, womit ein Aufladen einer Traktionsbatterie mittels elektromagnetischer Induktion erleichtert werden kann.The invention is based on the finding that a combination of a secondary coil device with a fuel tank saves space and the secondary coil device is therefore easier to reach for inductive charging, which makes it easier to charge a traction battery by means of electromagnetic induction.
Die Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug mit einem Brennstofftank für eine Brennstoffzelle und mit einer Traktionsbatterie, wobei der Brennstofftank eine Sekundärspulenvorrichtung aufweist, die dazu ausgebildet ist, durch elektromagnetische Induktion einen Strom zu erzeugen und mit dem Strom die Traktionsbatterie zu laden. Mit anderen Worten ist die Sekundärspulenvorrichtung in oder am Brennstofftank angeordnet. Vorzugsweise kann die Sekundärspulenvorrichtung eine elektronische Verbindung zu der Traktionsbatterie aufweisen, die sich außerhalb des Brennstofftanks im Kraftfahrzeug befinden kann. Die Sekundärspulenvorrichtung kann eine oder mehrere Sekundärspulen aufweisen, die jeweils dazu ausgebildet sind, bei Einbringen in ein elektromagnetisches Wechselfeld einen Strom beziehungsweise eine Spannung zu induzieren und damit die Traktionsbatterie zu laden. Der Brennstofftank für die Brennstoffzelle kann insbesondere einen Brennstoff wie Wasserstoff, Methanol, Butan oder Erdgas umfassen. Durch die Erfindung ergibt sich der Vorteil, dass ein Platzbedarf im Kraftfahrzeug reduziert werden kann, insbesondere an einer Unterseite des Kraftfahrzeugs, wodurch die Sekundärspulenvorrichtung leichter zugänglich ist und dadurch ein Ladevorgang der Traktionsbatterie erleichtert wird. Des Weiteren ist durch die Anordnung der Sekundärspulenvorrichtung an oder im Brennstofftank eine bessere Abfuhr von Wärme, die bei einem induktiven Ladevorgang entstehen kann, über den Brennstofftank auf ein Chassis des Kraftfahrzeugs möglich. Auch kann, da keine separate Komponente für die Sekundärspulenvorrichtung mehr benötigt wird, zusätzlich ein Gewicht des Kraftfahrzeugs reduziert werden, da keine eigene Spulenaufnahme und Befestigungsmittel bereitgestellt werden müssen.The invention relates to a motor vehicle with a fuel tank for a fuel cell and with a traction battery, the fuel tank having a secondary coil device which is designed to generate a current through electromagnetic induction and to charge the traction battery with the current. In other words, the secondary coil device is arranged in or on the fuel tank. Preferably, the secondary coil device may have an electronic connection to the traction battery, which may be located outside the fuel tank in the motor vehicle. The secondary coil device can have one or more secondary coils, each of which is designed to induce a current or a voltage when introduced into an alternating electromagnetic field and thus to charge the traction battery. The fuel tank for the fuel cell can in particular include a fuel such as hydrogen, methanol, butane or natural gas. The advantage of the invention is that space requirements in the motor vehicle can be reduced, in particular on the underside of the motor vehicle, as a result of which the secondary coil device is more easily accessible and charging the traction battery is facilitated as a result. Furthermore, the arrangement of the secondary coil device on or in the fuel tank enables better dissipation of heat, which can arise during an inductive charging process, via the fuel tank to a chassis of the motor vehicle. Also, since a separate component is no longer required for the secondary coil device, the weight of the motor vehicle can also be reduced, since separate coil receptacles and fastening means do not have to be provided.
Zu der Erfindung gehören auch Ausführungsformen, durch die sich zusätzliche Vorteile ergeben.The invention also includes embodiments that result in additional advantages.
Eine Ausführungsform sieht vor, dass die Sekundärspulenvorrichtung in einer Wand des Brennstofftanks oder an einer Außenseite des Brennstofftanks angeordnet ist. Mit anderen Worten befindet sich die Sekundärspulenvorrichtung nicht in dem Brennstoff des Brennstofftanks, sondern in der Wand, die den Brennstofftank umgibt oder an einer Außenseite der Wand. Die Wand des Brennstofftanks kann beispielsweise mehrschichtig ausgebildet sein, wobei eine Schicht die Sekundärspulenvorrichtung, insbesondere eine Sekundärspule der Sekundärspulenvorrichtung, umfassen kann. Durch diese Ausführungsform ergibt sich der Vorteil, dass die Sekundärspulenvorrichtung gut erreichbar ist und somit ein Ladevorgang vereinfacht stattfinden kann. Des Weiteren kann Wärme, die bei einem Ladevorgang erzeugt werden kann, über die Außenseite oder die Wand des Brennstofftanks leicht abgeführt werden.An embodiment provides that the secondary coil device is arranged in a wall of the fuel tank or on an outside of the fuel tank. In other words, the secondary coil device is not located in the fuel of the fuel tank but in the wall surrounding the fuel tank or on an outside of the wall. The wall of the fuel tank can, for example, have a multi-layer design, with one layer being able to comprise the secondary coil device, in particular a secondary coil of the secondary coil device. This embodiment has the advantage that the secondary coil device is easily accessible and a charging process can therefore take place in a simplified manner. Furthermore, heat that may be generated in charging can be easily dissipated through the outside or the wall of the fuel tank.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Sekundärspulenvorrichtung im Wesentlichen in Richtung einer Unterseite des Kraftfahrzeugs ausgerichtet ist. Das heißt, dass die Sekundärspulenvorrichtung nach unten in Richtung einer Straßenoberfläche oder eines Bodens zeigt. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass die Sekundärspulenvorrichtung von unten leicht erreichbar ist und beispielsweise von einer bodenseitigen Primärspule geladen werden kann.Provision is preferably made for the secondary coil device to be aligned essentially in the direction of an underside of the motor vehicle. That is, the secondary coil device faces down toward a road surface or a ground. This results in the advantage that the secondary coil device can be easily reached from below and can be loaded, for example, from a primary coil on the bottom.
In vorteilhafter Weise ist weiterhin vorgesehen, dass die Sekundärspulenvorrichtung an eine Form des Brennstofftanks angepasst ist. Mit anderen Worten bilden der Brennstofftank und die Sekundärspulenvorrichtung eine Einheit, wobei die Sekundärspulenvorrichtung an einem Umfang des Brennstofftanks anliegt. Der Brennstofftanks kann beispielsweise eine quaderförmige, ovale, kugelförmige oder zylindrische Form umfassen und die Sekundärspulenvorrichtung kann an einer geraden, einer gewölbten, einer eckigen und eine runden Form des Brennstofftanks anliegen beziehungsweise angepasst sein. Vorzugsweise kann die Sekundärspulenvorrichtung an eine Seitenfläche der Form des Brennstofftanks angepasst sein. Das heißt, dass die Sekundärspulenvorrichtung bei einer Zylinderform des Brennstofftanks an eine Mantelfläche des Zylinders angepasst sein kann. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass die Sekundärspulenvorrichtung zumindest teilweise die Form des Brennstofftanks aufweist und kein zusätzlicher Platz im Kraftfahrzeug benötigt wird.Provision is also advantageously made for the secondary coil device to be adapted to a shape of the fuel tank. In other words, the fuel tank and the secondary coil device form a unit, with the secondary coil device abutting against a periphery of the fuel tank. The fuel tank can, for example, have a cuboid, oval, spherical or cylindrical shape and the secondary coil device can fit or be adapted to a straight, curved, angular and round shape of the fuel tank. Preferably, the secondary coil device may be fitted to a side face of the shape of the fuel tank. This means that the secondary coil device can be adapted to a lateral surface of the cylinder in the case of a cylindrical shape of the fuel tank. This results in the advantage that the secondary coil device at least partially has the shape of the fuel tank and no additional space is required in the motor vehicle.
Eine Ausführungsform sieht vor, dass der Brennstofftank zylinderförmig mit einem im Wesentlichen kreisförmigen Umfang ausgebildet ist und wobei die Sekundärspulenvorrichtung um den kreisförmigen Umfang gewölbt ist. Mit anderen Worten ist die Sekundärspulenvorrichtung zumindest teilweise um eine Mantelfläche des zylinderförmigen Brennstofftanks herum gewölbt. Durch diese Ausführungsform ergibt sich der Vorteil, dass die Sekundärspulenvorrichtung mit einem geringen Platzbedarf an einen zylinderförmigen Brennstofftank angepasst werden kann.One embodiment provides that the fuel tank is cylindrical with a substantially circular circumference and the secondary coil device is curved around the circular circumference. In other words, the secondary coil device is at least partially curved around a lateral surface of the cylindrical fuel tank. This embodiment has the advantage that the secondary coil device can be adapted to a cylindrical fuel tank with a small space requirement.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Sekundärspulenvorrichtung mit einem Mittelpunktswinkel zwischen 45 Grad und 180 Grad um den kreisförmigen Umfang des Brennstofftanks herum angeordnet ist. Mit anderen Worten kann die Sekundärspulenvorrichtung in einer unteren Umfangshälfte des zylinderförmigen Brennstofftanks angeordnet sein oder zumindest an ein Achtel des Umfangs angepasst sein. Durch diese Anordnung ergibt sich der Vorteil, dass ein vorteilhaftes Verhältnis zwischen einer Fläche, durch die eine induktive Energieübertragung stattfinden kann, und einer Erreichbarkeit der Sekundärspulenvorrichtung hergestellt werden kann.It is preferably provided that the secondary coil device is arranged with a center angle between 45 degrees and 180 degrees around the circular periphery of the fuel tank. In other words, the secondary coil device may be arranged in a lower half circumference of the cylindrical fuel tank, or at least fitted to an eighth of the circumference. This arrangement results in the advantage that an advantageous ratio can be established between an area through which an inductive energy transmission can take place and the accessibility of the secondary coil device.
Eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass die Sekundärspulenvorrichtung mehrere Sekundärinduktionsspulen aufweist, wobei die Sekundärinduktionsspulen derart angeordnet sind, dass ein jeweiliger Flächenvektor der jeweiligen Sekundärinduktionsspulen senkrecht zu der Außenseite des Brennstofftanks ausgerichtet ist. Mit anderen Worten sind die jeweiligen Sekundärinduktionsspulen konzentrisch angeordnet. Durch diese Ausführungsform ergibt sich der Vorteil, dass ein magnetischer Fluss von einer komplementär ausgebildeten Primärspulenvorrichtung senkrecht in eine jeweilige Sekundärinduktionsspule eintreten kann und hierdurch eine Energieübertragung effizienter durchgeführt werden kann.A further embodiment provides that the secondary coil device has a plurality of secondary induction coils, the secondary induction coils being arranged in such a way that a respective area vector of the respective secondary induction coils is aligned perpendicular to the outside of the fuel tank. In other words, the respective secondary induction coils are arranged concentrically. This embodiment results in the advantage that a magnetic flux can enter a respective secondary induction coil from a primary coil device of complementary design, and energy can be transmitted more efficiently as a result.
Erfindungsgemäß ist auch ein System mit einer bodenseitigen Primärspulenvorrichtung und einem Kraftfahrzeug nach einer der vorhergehenden Ausführungsformen bereitgestellt, wobei die Primärspulenvorrichtung zumindest eine Primärinduktionsspule und eine Bewegungsvorrichtung aufweist, die an einer Trägervorrichtung angeordnet ist, wobei die Primärinduktionsspule einer an den Brennstofftank angepasste Form aufweist, wobei die Bewegungsvorrichtung dazu ausgebildet ist, die Primärinduktionsspule zwischen einem ersten und einem zweiten Zustand zu bewegen, wobei in dem ersten Zustand die Primärinduktionsspule an oder in die Trägervorrichtung eingefahren ist und in dem zweiten Zustand die Primärinduktionsspule zur induktiven Energieübertragung an die Sekundärspulenvorrichtung ausgefahren ist. Mit anderen Worten ist eine bodenseitige Primärspulenvorrichtung bereitgestellt, die eine Trägervorrichtung, eine Bewegungsvorrichtung und eine Primärinduktionsspule aufweist, wobei die Primärinduktionsspule durch eine Bewegungsvorrichtung an oder in die Trägervorrichtung eingefahren werden kann. Des Weiteren kann die Primärinduktionsspule durch die Bewegungsvorrichtung an die Sekundärspulenvorrichtung ausgefahren werden, wobei die Primärinduktionsspule das Gegenstück zu der Form der Sekundärspulenvorrichtung darstellt. Das ergibt den Vorteil, dass die Primärinduktionsspule dichter an die Sekundärspulenvorrichtung herangefahren werden kann, wodurch sich eine elektrische Energieübertragung verbessern kann. Die Trägervorrichtung kann als eine Trägerplatte oder ein Gehäuse ausgebildet sein, in das die Primärinduktionsspule eingefahren werden kann. Die Trägervorrichtung kann beispielsweise auf einer Oberfläche, insbesondere auf einer Straßenoberfläche, angeordnet sein oder in eine Oberfläche eingebracht sein, sodass diese im ersten Zustand plan mit der Oberfläche abschließt. Die Bewegungsvorrichtung kann als eine Hebe- und Senkvorrichtung, beispielsweise eine hydraulische oder elektrische Hebebühne, ausgebildet sein. Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Bewegungsvorrichtung neben einer vertikalen auch eine horizontale Bewegung durchführen kann, beispielsweise mittels einer Verschiebung auf einer Schiene. Besonders bevorzugt kann die Bewegungsvorrichtung eine Position der Sekundärspulenvorrichtung automatisch erkennen und eine Positionierung der Primärinduktionsspule mittels der Bewegungsvorrichtung automatisch anpassen. Hierzu kann beispielsweise ein optischer Sensor, wie eine Kamera oder ein Laser verwendet werden. Durch diesen Aspekt der Erfindung ergibt sich der Vorteil, dass ein Laden der Traktionsbatterie durch einen Zugriff von unterhalb des Kraftfahrzeugs leicht durchgeführt werden kann.According to the invention, a system is also provided with a ground-side primary coil device and a motor vehicle according to one of the preceding embodiments, the primary coil device having at least one primary induction coil and a movement device which is arranged on a carrier device, the primary induction coil having a shape adapted to the fuel tank, the Movement device is designed to move the primary induction coil between a first and a second state, wherein in the first state the primary induction coil is retracted onto or into the carrier device and in the second state the primary induction coil is extended for inductive energy transmission to the secondary coil device. In other words, a bottom primary coil device is provided, which includes a support device, a movement device device and has a primary induction coil, wherein the primary induction coil can be retracted by a movement device on or in the carrier device. Furthermore, the primary induction coil can be extended to the secondary coil device by the movement device, the primary induction coil representing the counterpart to the shape of the secondary coil device. This results in the advantage that the primary induction coil can be moved closer to the secondary coil device, as a result of which electrical energy transmission can be improved. The carrier device can be designed as a carrier plate or a housing into which the primary induction coil can be inserted. The carrier device can be arranged, for example, on a surface, in particular on a road surface, or can be incorporated into a surface, so that it is flush with the surface in the first state. The movement device can be designed as a lifting and lowering device, for example a hydraulic or electric lifting platform. Provision is preferably made for the movement device to be able to carry out a horizontal movement in addition to a vertical movement, for example by means of displacement on a rail. The movement device can particularly preferably automatically detect a position of the secondary coil device and automatically adjust a positioning of the primary induction coil by means of the movement device. An optical sensor such as a camera or a laser can be used for this purpose, for example. This aspect of the invention results in the advantage that the traction battery can be easily charged by accessing it from underneath the motor vehicle.
Eine Ausführungsform des Systems sieht vor, dass in dem zweiten Zustand der Brennstofftank von der Primärinduktionsspule eingegriffen ist. Mit anderen Worten kann der Brennstofftank seitlich teilweise von der Primärinduktionsspule umschlossen sein. Das heißt, dass im zweiten Zustand oder auch Ladezustand die Primärinduktionsspule und die Sekundärspulenvorrichtung mit geringem Abstand angeordnet werden können, sodass ein effizienter Ladevorgang durchgeführt werden kann. Des Weiteren ist beispielsweise bei einer gewölbten Ausführung von Sekundärspule zu Primärspule eine einfache Ausrichtung zueinander möglich.An embodiment of the system provides that in the second state the fuel tank is engaged by the primary induction coil. In other words, the fuel tank can be partially enclosed laterally by the primary induction coil. This means that in the second state or charging state, the primary induction coil and the secondary coil device can be arranged at a small distance, so that an efficient charging process can be carried out. Furthermore, a simple alignment to one another is possible, for example, in the case of a curved design from the secondary coil to the primary coil.
Erfindungsgemäß ist auch ein Verfahren zum Laden einer Traktionsbatterie mit einem System nach einer der vorhergehenden Ausführungsformen bereitgestellt, wobei als Schritt a) eine Bewegung eines Kraftfahrzeugs in eine Ladeposition über die bodenseitige Primärspulenvorrichtung durchgeführt wird, als Schritt b) ein Bewegen einer Primärinduktionsspule der Primärinduktionsspulenvorrichtung von dem ersten Zustand in den zweiten Zustand, und als Schritt c) ein Laden der Traktionsbatterie durch eine induktive Energieübertragung von der Primärspulenvorrichtung auf die Sekundärspulenvorrichtung. Hierdurch ergeben sich gleiche Vorteile und Variationsmöglichkeiten wie bei dem Kraftfahrzeug und dem System.The invention also provides a method for charging a traction battery with a system according to one of the preceding embodiments, with step a) moving a motor vehicle into a charging position via the ground-side primary coil device, step b) moving a primary induction coil of the primary induction coil device from the first state to the second state, and as step c) charging the traction battery by inductive energy transfer from the primary coil device to the secondary coil device. This results in the same advantages and possible variations as in the case of the motor vehicle and the system.
Zu der Erfindung gehört auch die Steuervorrichtung für das Kraftfahrzeug. Die Steuervorrichtung kann eine Datenverarbeitungsvorrichtung oder eine Prozessoreinrichtung aufweisen, die dazu eingerichtet ist, eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens durchzuführen. Die Prozessoreinrichtung kann hierzu zumindest einen Mikroprozessor und/oder zumindest einen Mikrocontroller und/oder zumindest einen FPGA (Field Programmable Gate Array) und/oder zumindest einen DSP (Digital Signal Processor) aufweisen. Des Weiteren kann die Prozessoreinrichtung Programmcode aufweisen, der dazu eingerichtet ist, bei Ausführen durch die Prozessoreinrichtung die Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens durchzuführen. Der Programmcode kann in einem Datenspeicher der Prozessoreinrichtung gespeichert sein.The invention also includes the control device for the motor vehicle. The control device can have a data processing device or a processor device that is set up to carry out an embodiment of the method according to the invention. For this purpose, the processor device can have at least one microprocessor and/or at least one microcontroller and/or at least one FPGA (Field Programmable Gate Array) and/or at least one DSP (Digital Signal Processor). Furthermore, the processor device can have program code which is set up to carry out the embodiment of the method according to the invention when executed by the processor device. The program code can be stored in a data memory of the processor device.
Zu der Erfindung gehören auch Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens, die Merkmale aufweisen, wie sie bereits im Zusammenhang mit den Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs beschrieben worden sind. Aus diesem Grund sind die entsprechenden Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens hier nicht noch einmal beschrieben.The invention also includes developments of the method according to the invention, which have features as have already been described in connection with the developments of the motor vehicle according to the invention. For this reason, the corresponding developments of the method according to the invention are not described again here.
Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug ist bevorzugt als Kraftwagen, insbesondere als Personenkraftwagen oder Lastkraftwagen, oder als Personenbus oder Motorrad ausgestaltet.The motor vehicle according to the invention is preferably designed as a motor vehicle, in particular as a passenger car or truck, or as a passenger bus or motorcycle.
Die Erfindung umfasst auch die Kombinationen der Merkmale der beschriebenen Ausführungsformen.The invention also includes the combinations of features of the described embodiments.
Im Folgenden sind Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben. Hierzu zeigt:
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1 zeigt eine schematische Seitenansicht eines Systems mit einem Kraftfahrzeug gemäß einer beispielhaften Ausführungsform; -
2 zeigt eine schematische Frontalansicht eines Systems mit einem Kraftfahrzeug gemäß einer beispielhaften Ausführungsform; und -
3 zeigt ein schematisches Verfahrensdiagramm zum Laden einer Traktionsbatterie gemäß einer beispielhaften Ausführungsform.
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1 shows a schematic side view of a system with a motor vehicle according to an exemplary embodiment; -
2 shows a schematic front view of a system with a motor vehicle according to an exemplary embodiment; and -
3 12 shows a schematic process diagram for charging a traction battery according to an exemplary embodiment.
Bei den im Folgenden erläuterten Ausführungsbeispielen handelt es sich um bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung. Bei den Ausführungsbeispielen stellen die beschriebenen Komponenten der Ausführungsformen jeweils einzelne, unabhängig voneinander zu betrachtende Merkmale der Erfindung dar, welche die Erfindung jeweils auch unabhängig voneinander weiterbilden. Daher soll die Offenbarung auch andere als die dargestellten Kombinationen der Merkmale der Ausführungsformen umfassen. Des Weiteren sind die beschriebenen Ausführungsformen auch durch weitere der bereits beschriebenen Merkmale der Erfindung ergänzbar.The exemplary embodiments explained below are preferred embodiments of the invention. At the execution examples, the described components of the embodiments each represent individual features of the invention which are to be considered independently of one another and which each also develop the invention independently of one another. Therefore, the disclosure is also intended to encompass combinations of the features of the embodiments other than those illustrated. Furthermore, the described embodiments can also be supplemented by further features of the invention that have already been described.
In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen jeweils funktionsgleiche Elemente.In the figures, the same reference symbols designate elements with the same function.
In
Die Traktionsbatterie 20 kann dazu ausgebildet sein, einerseits von der Brennstoffzelle 18 geladen zu werden, andererseits kann die Traktionsbatterie 20 jedoch auch über einen Ladeanschluss 22, an dem ein Ladestecker angeschlossen werden kann, und/oder mittels einer Sekundärspulenvorrichtung 24 geladen werden. Die Sekundärspulenvorrichtung 24 ist vorzugsweise in einer Wand des Brennstofftanks 16 oder an einer Außenseite des Brennstofftanks 16 in Richtung einer Unterseite des Kraftfahrzeugs 12 angeordnet. Besonders bevorzugt ist die Sekundärspulenvorrichtung 24 an eine Form des Brennstofftanks 16 angepasst, wobei der Brennstofftank 16 zylinderförmig ausgebildet sein kann. Folglich kann die Sekundärspulenvorrichtung 24 zumindest teilweise um eine Mantelfläche der zylindrischen Form des Brennstofftanks 16 herum gewölbt sein, sodass diese formschlüssig mit dem Brennstofftank 16 verbunden ist.The
Die Primärspulenvorrichtung 14 kann zumindest eine Primärinduktionsspule 26 und eine Bewegungsvorrichtung 28 aufweisen, wobei die Bewegungsvorrichtung 28 die Primärinduktionsspule 26 mit einer Trägervorrichtung 30 verbindet. Als Trägervorrichtung 30 kann beispielsweise eine Trägerplatte bereitgestellt sein, die in eine Straßenoberfläche integriert sein kann. Die Bewegungsvorrichtung 28 kann eine Hebebühne sein, die mit einem Elektromotor angehoben werden kann. Die Bewegungsvorrichtung 28 kann dazu ausgebildet sein, die Primärinduktionsspule 26 für einen ersten Zustand an die Trägervorrichtung 30, vorzugsweise in eine Oberfläche der Straße, hereinfahren und für einen zweiten Zustand die Primärinduktionsspule 26 von der Trägervorrichtung 30 weg an die Sekundärspulenvorrichtung 24 heranzufahren.The
Vorzugsweise ist die Primärinduktionsspule 26 an eine Form des Brennstofftanks 16 angepasst und somit an eine Form der Sekundärspulenvorrichtung 24. Somit kann die Primärinduktionsspule 26 das passende Gegenstück zu der Sekundärspulenvorrichtung 24 darstellen, sodass die Primärinduktionsspule und die Sekundärspulenvorrichtung 24 im zweiten Zustand zueinander adaptiert werden können. Insbesondere kann die Primärinduktionsspule 26 in dem zweiten Zustand der Bewegungsvorrichtung 28 in eine Form des Brennstofftanks 16 eingreifen und somit einen minimalen Abstand für einen induktiven Ladevorgang herstellen. Anschließend kann die Traktionsbatterie 20 induktiv über die Sekundärspulenvorrichtung 24 geladen werden.The
In
In
In
In einem weiteren Aspekt einer beispielhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass an einer Außenseite eines Wasserstofftanks 16 eine oder mehrere Sekundärinduktionsspulen 32 angeordnet sind. Die Sekundärinduktionsspulen 32 sind so konzentrisch am Brennstofftank 16 angebracht, dass der Brennstofftank 16 und die Sekundärinduktionsspulen 32 eine Einheit bilden und die Anordnung so kaum mehr Raum in Anspruch nimmt als ein vergleichbarer konventioneller Brennstofftank. Die Primärinduktionsspule 26 ist so gewölbt, dass sie das exakte Gegenstück zur Anordnung der Sekundärinduktionsspulen 32 darstellt. Soll die Traktionsbatterie 20 des Kraftfahrzeugs 12 induktiv geladen werden, wird die Primärinduktionsspule 26 durch eine Bewegungsvorrichtung 28 angehoben. Die Primär- und Sekundärinduktionsspulen fädeln durch die Ausformung ineinander ein. Sobald ein Abstand zwischen den Spulen gering genug ist, kann wie bei einem herkömmlichen induktiven Laden Energie induziert werden, mit der die Traktionsbatterie 20 geladen wird.A further aspect of an exemplary embodiment provides that one or more secondary induction coils 32 are arranged on an outside of a
Das hat den Vorteil, dass für die Sekundärinduktionsspulen 32 kein separater Bauraum mehr benötigt wird und Platz im Kraftfahrzeug 12 eingespart und Gewicht reduziert werden kann, da keine zusätzlichen Bauteile und Befestigungsmittel für die Sekundärinduktionsspulen 32 bereitgestellt werden müssen. Ein weiterer Vorteil ist, dass durch die gewölbte Ausführung der Sekundärinduktionsspule 32 zu der Primärinduktionsspule 26 eine einfache Ausrichtung zueinander möglich ist. Nachdem eine Position von Primärinduktionsspule 26 zu Sekundärinduktionsspule 32 ungefähr hergestellt wurde, kann die Primärinduktionsspule 26 angehoben werden, wobei diese konstruktivbedingt in dem Brennstofftank 16 und damit in die Sekundärinduktionsspulen 32 einfädeln kann. Zusätzlich ist eine große Fläche des Brennstofftanks 16 gut dazu geeignet, Wärme abzuführen, welche beim induktiven Laden entstehen kann. Diese kann über den Brennstofftank 16 an ein Fahrzeugchassis abgeleitet werden.This has the advantage that separate installation space is no longer required for the secondary induction coils 32 and space in the
Insbesondere kann an einer Unterseite eines Wasserstofftanks (Brennstofftank 16) eine oder mehrere Sekundärinduktionsspulen 32 zum Beispiel konzentrisch angeordnet sein. Diese Sekundärinduktionsspulen 32 sind analog zu herkömmlichen Induktionsspulen mit einem Hochvoltsystem des elektrischen Fahrantriebs verbunden, beispielsweise mit einem Onbord-Charger (OBC). Die Primärinduktionsspule 26 kann ein passendes Gegenstück zu den Sekundärinduktionsspulen 32 sein und über eine Hebe- und Senkvorrichtung (Bewegungsvorrichtung 28) auf einer Trägervorrichtung 30 am Boden angeordnet sein, sodass Primär- und Sekundärinduktionsspulen perfekt zueinander adaptiert werden können. Wird das Kraftfahrzeug 12 nicht geladen, kann die Primärinduktionsspule 26 eingefahren und am Boden beziehungsweise auf der Trägervorrichtung 30 verstaut werden. Soll die Hochvolt-Batterie beziehungsweise Traktionsbatterie 20 geladen werden und befindet sich das Kraftfahrzeug 12 beziehungsweise der Wasserstofftank 16 über der Primärspulenvorrichtung 14, wird diese mit der Bewegungsvorrichtung in Richtung Sekundärinduktionsspulen 32 angehoben. Sobald ein Abstand zwischen Primär- und Sekundärinduktionsspulen gering genug ist, kann damit begonnen werden, Energie zu induzieren, mit welcher die Traktionsbatterie 20 geladen werden kann. Nachdem der Ladevorgang abgeschlossen ist, kann die Bewegungsvorrichtung wieder eingefahren werden.In particular, one or more secondary induction coils 32 can be arranged concentrically, for example, on an underside of a hydrogen tank (fuel tank 16). Analogously to conventional induction coils, these secondary induction coils 32 are connected to a high-voltage system of the electric traction drive, for example to an on-board charger (OBC). The
Insgesamt zeigen die Beispiele, wie ein kombinierter Wasserstofftank mit integrierter induktiver Ladeeinheit bereitgestellt werden kann.Overall, the examples show how a combined hydrogen tank with an integrated inductive charging unit can be provided.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION
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