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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Bodenbaugruppe für eine induktive Ladevorrichtung zum induktiven Laden eines Kraftfahrzeugs.
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Bei zumindest teilelektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugen ist ein regelmäßiges Aufladen eines elektrischen Energiespeichers des Kraftfahrzeugs notwendig. Hierzu kann prinzipiell eine unmittelbare elektrische Verbindung zwischen dem Kraftfahrzeug und einer externen elektrischen Energiequelle, beispielsweise einem Stromanschluss, hergestellt werden. Dies erfordert jedoch eine manuelle Tätigkeit eines Benutzers.
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Ferner ist es bekannt, das Kraftfahrzeug, das heißt insbesondere den elektrischen Energiespeicher, der beispielsweise ein Akkumulator sein kann, induktiv aufzuladen. Entsprechende Ladevorrichtungen hierzu weisen im Kraftfahrzeug und außerhalb desselben jeweils eine Baugruppe auf. In der Baugruppe außerhalb des Kraftfahrzeugs befindet sich eine Primärspule, welche mit einer Sekundärspule der Baugruppe im Kraftfahrzeug induktiv zusammenwirkt, um den Energiespeicher aufzuladen. Die Baugruppe im Kraftfahrzeug wird auch als Kraftfahrzeug-Baugruppe oder „Vehicle Assembly“ bezeichnet. Die Baugruppe außerhalb des Kraftfahrzeugs befindet sich im Betrieb in der Regel unterhalb des Kraftfahrzeugs und wird als Bodenbaugruppe oder „Ground Assembly“ bezeichnet.
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Im Betrieb der Ladevorrichtung befindet sich das zu ladende Kraftfahrzeug auf einem Untergrund über der Bodenbaugruppe. Dabei kann die Bodenbaugruppe auf dem Untergrund oder in demselben angeordnet sein. In jedem Fall ist die Bodenbaugruppe derart auszulegen, dass sie die Last des zu ladenden Kraftfahrzeugs, welches mit der Ladevorrichtung geladen werden soll, tragen gegebenenfalls kann. Dies ist insbesondere auch deshalb wichtig, weil die Kraftfahrzeuge zum Laden auf den Untergrund fahren und von diesem wegfahren und in diesem Zusammenhang, insbesondere beim Rangieren, entsprechende Lasten auf die Bodenbaugruppe übertragen können, auch wenn das Kraftfahrzeug im vorgesehenen Gebrauchsfall beim Ladevorgang an sich keine unmittelbare Last auf die Bodenbaugruppe überträgt. Das heißt, dass im Idealfall das Kraftfahrzeug nicht direkt über die Bodenbaugruppe fährt, dies aber durchaus, beispielsweise beim Rangieren, vorkommen kann. Daher ist es erforderlich, die Bodenbaugruppe für solche Lasten auszulegen.
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Im Betrieb der Ladevorrichtung kann in der jeweiligen Baugruppe, insbesondere in der Bodenbaugruppe, insbesondere bedingt durch die zu erbringende Ladeleistung, Wärme entstehen. Diese Wärme kann im Fall der Bodenbaugruppe zu einem unerwünschten Temperaturanstieg der Bodenbaugruppe und/oder benachbarter Gegenstände und damit verbunden auch zu einem Derating (Reduktion der Ladeleistung aufgrund zu großer Wärme im System) oder Ausfall des Systems beim Laden führen.
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Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich deshalb mit dem Problem, für eine Bodenbaugruppe für eine induktive Ladevorrichtung der eingangs genannten Art eine verbesserte oder zumindest andere Ausführungsform anzugeben, die sich insbesondere durch die dauerhafte Erreichung der Nennleistung in möglichst vielen Betriebspunkten (u.a. hohe Außentemperatur, hohe Luftfeuchtigkeit, hoher Strom im System auszeichnet.
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Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, eine Leistungsübertragung beim Laden, insbesondere eines Elektrofahrzeugs, mittels einer erfindungsgemäßen Bodenbaugruppe mit einer Grundplatte sowie einer darüber über zumindest eine Stütze abgestützten Kernanordnung mit beispielsweise Ferritplatten und einer Flachspule dadurch zu verbessern, dass die Grundplatte insbesondere als Kühlplatte und die zumindest eine Stütze als Wärmeleitelement ausgebildet sind, um eine Wärmeableitung von beispielsweise der Flachspule bzw. der Kernanordnung über die zumindest eine Stütze an die Grundplatte und damit eine Entwärmung bzw. eine Kühlung der Flachspule, der Kernanordnung mit beispielsweise Ferritplatten und der Grundplatte zu verbessern, wodurch eine höherer Strom bzw. eine höhere Ladeleistung bei gleichem Leiterquerschnitt oder ein gleicher Strom bzw. eine gleiche Ladeleistung bei geringerem Leiterquerschnitt ermöglicht werden kann. Um dabei gleichzeitig ein magnetisches Feld der Flachspule nicht oder lediglich marginal zu beeinflussen, ist die zumindest eine Stütze quer zur Abstandsrichtung innerhalb eines Zentralbereichs eines zugehörigen Kernkörpers der Kernanordnung angeordnet. Der Zentralbereich ist dadurch durch beispielsweise 80% eines Durchmessers der einzelnen Kernkörper jeweils in Längsrichtung und Breitenrichtung, vorzugsweise 70% des Durchmessers der einzelnen Kernkörper jeweils in Längsrichtung und Breitenrichtung, besonders bevorzugt 50% des Durchmessers der einzelnen Kernkörper jeweils in Längsrichtung und Breitenrichtung und ganz besonders bevorzugt 30% des Durchmessers der einzelnen Kernkörper jeweils in Längsrichtung und Breitenrichtung begrenzt. Die Kernanordnung weist dabei zumindest einen solchen Kernkörper auf, der sich quer zur Abstandsrichtung plattenförmig erstreckt und im Wesentlichen in der Mitte einen Zentralbereich und einen diesen randseitig umgebenden Randbereich aufweist. In dem Zentralbereich des jeweiligen Kernkörpers, beispielsweise einer Ferritplatte, ist eine dort durch den in dem Leiter der Flachspule fließenden Strom erzeugte magnetische Flussdichte ausreichend gering, so dass eine Anordnung der wärmeleitenden Stütze in diesem Bereich, selbst wenn diese aus Metall ist, unkritisch hinsichtlich der Beeinträchtigung der magnetischen Flussdichte. Mit der erfindungsgemäßen Bodenbaugruppe ist es somit möglich, diese mit einer vergleichsweise hohen Ladeleistung zu betreiben, gleichzeitig jedoch eine unerwünschte Erwärmung, insbesondere eine Überhitzung, wodurch die Ladeleistung gesenkt werden müsste, vermieden werden kann. Die erfindungsgemäße Bodenbaugruppe für eine induktive Ladevorrichtung zum induktiven Laden eines auf einem Untergrund abgestellten Kraftfahrzeugs, beispielsweise eines Elektrofahrzeugs, weist somit im Detail die insbesondere als Kühlplatte ausgebildete Grundplatte auf, die sich quer zur Abstandsrichtung plattenförmig erstreckt. Die Abstandsrichtung ist dabei die Flächennormale der Grundplatte und im Einbauzustand üblicherweise eine Lotrechte. Die erfindungsgemäße Bodenbaugruppe weist darüber hinaus zumindest eine Flachspule auf, die als Primärspule bzw. Feldspule ausgebildet ist und die einen insbesondere spiralförmig gewundenen Leiter aufweist und zugleich in Abstandsrichtung zur Grundplatte beabstandet ist. Ebenfalls vorgesehen ist die Kernanordnung zur Führung eines magnetischen Flusses, die in Abstandsrichtung zur Grundplatte und zur Flachspule beabstandet und zwischen der Grundplatte und der Flachspule angeordnet ist. Die Kernanordnung weist zumindest einen Kernkörper auf, der den Zentralbereich sowie den diesen randseitig umgebenden Randbereich aufweist. Darüber hinaus besitzt die erfindungsgemäße Bodenbaugruppe eine Halterung zum Halten der Kernanordnung, wobei die Halterung eine zur Grundplatte in Abstandsrichtung beabstandete Haltestruktur aufweist, welche die einzelnen Kernkörper quer zur Abstandsrichtung und in Abstandsrichtung positioniert. Zwischen der Haltestruktur und der Grundplatte ist dabei ein unterer Hohlraum ausgebildet, in welchem die zumindest eine Stütze angeordnet ist, so dass sich diese zumindest eine Stütze vorzugsweise in Abstandsrichtung durch den unteren Hohlraum erstreckt. Über die zumindest eine Stütze wird die Halterung und damit die Kernanordnung auf der Grundplatte abgestützt. Die zumindest eine Stütze ist nun als Wärmeleitelement aus einem Material mit einer Wärmeleitfähigkeit von λ > 5 W/(m·K) ausgebildet und zugleich quer zur Abstandsrichtung innerhalb des Zentralbereichs eines zugehörigen Kernkörpers, beispielsweise einer Ferritplatte, angeordnet. In Abstandsrichtung gesehen liegt somit die Stütze innerhalb des Zentralbereichs, der sich in einer Ebene quer zur Abstandsrichtung aufspannt. Die als Wärmeleitelement ausgebildete Stütze verbindet dabei die Kernanordnung und die Grundplatte wärmeübertragend. Die erfindungsgemäße Stütze dient dabei der Abstützung der Kernanordnung bzw. der darauf angeordneten Flachspule und zugleich einer Temperierung derselben, indem sie die Flachspule bzw. die Kernanordnung sowie deren Kernkörper wärmeübertragend mit der Grundplatte verbindet. Erwärmt sich somit im Betrieb der erfindungsgemäßen Bodenbaugruppe die Kernanordnung, so kann über die zumindest eine Stütze eine Wärmeabfuhr in die insbesondere als Kühlplatte ausgebildete Grundplatte erfolgen, wodurch bei mehreren derartigen Stützen eine gleichmäßige Kühlung der Kernanordnung sowie der Flachspule ermöglicht wird, wodurch eine gleiche Ladeleistung bei geringerem Querschnitt des Leiters der Flachspule oder eine höhere Ladeleistung bei gleichem Querschnitt des Leiters der Flachspule erreicht werden kann. Durch die erfindungsgemäße Anordnung der jeweiligen Stütze in Abstandsrichtung unterhalb des Zentralbereichs des zugehörigen Kernkörpers beispielsweise der zugehörigen Ferritplatte kann darüber hinaus eine Positionierung der Stütze in Bezug auf den zugehörigen Kernkörper in einem Bereich erfolgen, in dem die magnetische Flussdichte ausreichend gering ist, so dass es dort beim Einsatz von metallischen Werkstoffen für die Stütze nicht zu Wirbelstromverlusten bzw. Hystereseverlusten kommen kann. Damit wird auch eine Feldverzerrung und damit ein anderes Betriebsverhalten des Spulensystems verhindert sowie eine zusätzliche Erwärmung des metallischen Werkstoffs direkt durch das magnetische Feld. Ein derartiger Zentralbereich bei der als Primärspule ausgebildeten Flachspule ist beispielsweise explizit mittig der zugehörigen Ferritplatte bzw. des zugehörigen Kernkörpers, wobei sich ein Abstand zum Rand des Kernkörpers, beispielsweise der Ferritplatte, je nach Orientierung der primär zu erwartenden Richtung des Magnetfeldes unterscheiden kann. Das heißt der Randbereich jedes Kernkörpers, beispielsweise jeder Ferritplatte, kann je nach Form der erwarteten Magnetflussrichtung bzw. magnetischer Flussdichte individuell festgelegt werden. Die einzelnen Kernkörper, beispielsweise die Ferritplatten, sind dabei quer zur Abstandsrichtung voneinander beabstandet, wobei quer zur Abstandsrichtung die magnetische Flussdichte sowohl zwischen den einzelnen Kernkörpern, als auch in deren Randbereich deutlich größer ist, als im jeweiligen Zentralbereich des Kernkörpers. Eine Wärmeleitfähigkeit λ von λ > 5 W/(m·K) gewährleistet dabei den für die ausreichende Kühlung der Kernanordnung bzw. der Kernkörper und der Flachspule erforderliche Wärmeübertrag, wobei unterschiedlichste Materialien, wie in den nachfolgenden Absätzen noch beschrieben ist, zum Einsatz kommen können.
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Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung weist die zumindest eine Stütze ein Material mit einer Wärmeleitfähigkeit von λ > 10 W/(m K), insbesondere einer Wärmeleitfähigkeit von λ > 100 W/(m·K), auf. Als Material für die jeweiligen Stützen kann somit beispielsweise Eisen mit einer Wärmeleitfähigkeit λ von ca. 80 W/(m·K), aber auch Aluminium mit einer Wärmeleitfähigkeit λ von 235 W/(m·K) oder Stahl/Edelstahl in Frage kommen. Rein theoretisch ist dabei sogar denkbar, dass Kunststoffe mit entsprechenden Metallpartikeln zum Einsatz kommen, welche die für die gewünschte Kühlwirkung erforderliche Wärmeübertragung bzw. Wärmeleitfähigkeit von λ > 5 W/(m·K) bereitstellen können. Durch die erfindungsgemäße Anordnung der Stützen quer zur Abstandsrichtung innerhalb des Zentralbereichs des jeweils zugehörigen Kernkörpers ist selbst der Einsatz von Metallen unkritisch, da in diesem Zentralbereich des jeweiligen Kernkörpers, beispielsweise der jeweiligen Ferritplatte, die magnetische Flussdichte hinreichend gering ist, so dass dort platzierte metallische Körper keine Wirbelstromverluste bzw. keine Beeinträchtigung des Magnetfeldes bewirken. Mit der erfindungsgemäßen Positionierung ist es somit erstmals möglich, metallische Stützen zur Wärmeableitung und damit zur Entwärmung bzw. Kühlung der Flachspule bzw. der Kernanordnung ohne bzw. mit nur marginalem Einfluss auf das Magnetfeld einzusetzen.
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Bei einer vorteilhaften Weiterbildung weist die Grundplatte zumindest einen Kühlkanal für ein Kühlmittel auf. Hierdurch ist eine aktive Kühlung der Grundplatte im Betrieb möglich, wobei die wärmeleitenden Stützen gleichzeitig auch eine Kühlung der im Einbauzustand darüber angeordneten Kernanordnung bzw. der Kernkörper und der Flachspule bewirken. Zudem kühlt die aktiv gekühlte Grundplatte wiederum die Luft innerhalb des unteren Hohlraumes, wodurch eine Kühlung einer dort angeordneten Elektronik sowie auch eine Luftkühlung der oberhalb des unteren Hohlraums angeordneten Kernanordnung bzw. Kernkörper möglich ist.
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Die Grundplatte selbst ist vorteilhafterweise aus einem Metall oder einer Metalllegierung, beispielsweise Aluminium, ausgebildet, um eine Wärmeübertragung zwischen Kühlmittel, Grundplatte, Luft und Stützen zu verbessern. Durch die beabstandete Anordnung der Grundplatte zur Flachspule und der Kernanordnung wird darüber hinaus eine elektromagnetische Wechselwirkung der Grundplatte mit der Flachspule und der Kernanordnung minimiert bzw. zumindest reduziert. Ein Abstand der Grundplatte zur Kernanordnung in Abstandsrichtung kann hierbei zwischen mehreren Millimetern und mehreren Zentimetern betragen. Durch die Herstellung der Grundplatte aus Metall bzw. einer Metalllegierung erfolgt zugleich eine magnetische bzw. elektromagnetische Abschirmung der Bodenbaugruppe nach unten zum Untergrund hin.
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Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung ist die zumindest eine Stütze zumindest teilweise aus Metall, insbesondere aus Aluminium, ausgebildet. Alternativ ist auch denkbar, dass die zumindest eine Stütze teilweise aus Grafit oder aus Keramik, insbesondere aus Aluminiumnitrid oder Aluminiumsilizid ausgebildet ist. Grafit besitzt dabei eine Wärmeleitfähigkeit λ von 15 bis 20 W/(m·K), während eine Aluminiumnitridkeramik sogar eine Leitfähigkeit λ von 180 W/(m·K) besitzen kann. Der Einsatz insbesondere derartiger Aluminiumnitridkeramiken ist insbesondere dort von großem Interesse, wo viel Wärme abgeführt werden muss, ein Werkstoff jedoch unter Umständen jedoch nicht elektrisch leitend sein darf.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Bodenbaugruppe ist zumindest eine Stütze rohrförmig ausgebildet. Rein theoretisch ist selbstverständlich auch eine massive Ausbildung der jeweiligen Stütze denkbar oder das Vorsehen mehrerer in Abstandsrichtung parallel zueinander verlaufender Hohlbereiche. Hierdurch ergibt sich ein reduzierter Materialeinsatz und daraus resultierend geringere Kosten. Auch erleichtert dies ein Verlöten durch eine bessere Zugänglichkeit.
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Zweckmäßig ist zwischen der zumindest einen Stütze und der Kernanordnung bzw. der Haltestruktur eine Verteilerplatte (Heatspreader) angeordnet. Eine derartige Verteilerplatte kann eine verbesserte Wärmeübertragung und damit eine verbesserte Kühlung der Kernanordnung gewährleisten, wobei selbstverständlich klar ist, dass auch die Verteilerplatte, sofern diese metallisch ist, innerhalb des Zentralbereichs angeordnet ist, um insbesondere eine Beeinflussung des Magnetfeldes und damit das Erzeugen von Wirbelstromverlusten zumindest zu minimieren.
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Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Bodenbaugruppe ist die Verteilerplatte über eine adhäsive Schicht mit einer Wärmeleitfähigkeit von λ > 0,8 W/(m·K) und/oder einem Schubmodul von G < 10 MPa mit der Kernanordnung verbunden. Da die adhäsive Schicht, beispielsweise eine Klebstoffschicht, äußerst dünn ist, reicht hier auch eine reduzierte Wärmeleitfähigkeit λ von λ > 0,8 W/(m·K). Um darüber hinaus unterschiedliche thermische Ausdehnungskoeffizienten zwischen den Kernkörpern, beispielsweise einer Ferritplatte, und der Verteilerplatte ausgleichen zu können, ist es vorteilhaft, die Klebstoffschicht bzw. generell die adhäsive Schicht mit einem Schubmodul G > 10 MPa auszustatten.
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Zweckmäßig weist die Bodenbaugruppe auf der von der Grundplatte abgewandten Seite der Flachspule und in Abstandsrichtung zu dieser beabstandet eine Deckplatte auf, wobei zwischen der Haltestruktur und der Deckplatte ein oberer Hohlraum ausgebildet ist. Darüber hinaus kann zumindest ein Durchlass vorgesehen sein, der den unteren Hohlraum fluidisch mit dem oberen Hohlraum verbindet. Hierdurch ist es möglich, die über die insbesondere als Kühlplatte ausgebildete Grundplatte im unteren Hohlraum gekühlte Luft über den Durchlass in den oberen Hohlraum zu leiten, wodurch die Flachspule, die zum oberen Hohlraum hin vorzugsweise offen ist, effektiv gekühlt werden kann. Mit dem oberen und unteren Hohlraum und dem zumindest einen Durchlass ist somit eine beidseitige Kühlung der Kernanordnung und der Flachspule möglich. Die Deckplatte kann dabei über entsprechende Stützkörper an der Flachspule bzw. einen Spulenwicklungsträger der Flachspule abgestützt sein, wobei die Stützkörper im Wesentlichen in Abstandsrichtung zwischen der Flachspule und der Deckplatte den oberen Hohlraum durchdringen.
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Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
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Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Komponenten beziehen.
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Es zeigen, jeweils schematisch,
- 1 einen Schnitt durch eine erfindungsgemäßen Bodenbaugruppe einer induktiven Ladevorrichtung,
- 2 eine stark vereinfachte Darstellung der induktiven Ladevorrichtung mit der Bodenbaugruppe und einem Kraftfahrzeug,
- 3 eine Ansicht von unten auf die Kernanordnung der Bodenbaugruppe,
- 4 eine Ansicht von oben auf die Kernanordnung,
- 5 einen Schnitt durch die Bodenbaugruppe im Bereich einer Stütze,
- 6 einen Schnitt durch eine Stütze der Halterung,
- 7 eine Schnittdarstellung durch die erfindungsgemäße Bodengruppe im Bereich der Stützen,
- 8 eine Detailschnittdarstellung im Bereich einer Anbindung einer Stütze an die Kernanordnung.
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Eine erfindungsgemäße Bodenbaugruppe 1, wie sie beispielsweise in den 1 bis 8 gezeigt ist, kommt in einer in 2 dargestellten Ladevorrichtung 2 zum induktiven Laden eines Kraftfahrzeugs 3 zum Einsatz. Zu diesem Zweck wirkt die Bodenbaugruppe 1 mit einer zugehörigen Baugruppe 4 des Kraftfahrzeugs 3, beispielsweise einer Sekundärspule 28, zusammen. Die Wechselwirkung erfolgt insbesondere durch eine Flachspule 5 der Bodenbaugruppe 1, welche als Primärspule der Ladevorrichtung 2 dient, und der Sekundärspule 28 der Baugruppe 4 des Kraftfahrzeugs 3. Das Kraftfahrzeug 3 ist zum induktiven Laden mittels der Ladevorrichtung 2 auf einem Untergrund 6 abgestellt. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Bodenbaugruppe 1 versenkt im Untergrund 6 angeordnet, kann aber auch auf diesem angeordnet sein.
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Die Bodenbaugruppe 1 weist eine insbesondere als Kühlplatte 30 ausgebildete Grundplatte 8 auf. Die Abstandsrichtung 7 verläuft hierbei parallel zu einer Normalen des Untergrunds 6 und insbesondere entlang der Lotrichtung. Entsprechend der 1, 7 und 8 ist die Flachspule 5 auf der in Abstandsrichtung 7 vom Untergrund 6 abgewandten Seite der Grundplatte 8 angeordnet und in Abstandsrichtung 7 zur Grundplatte 8 beabstandet. Die Flachspule 5 umfasst einen spiralförmig gewundenen Leiter 9. Die Bodenbaugruppe 1 umfasst ferner eine Kernanordnung 10 mit zumindest einem Kernkörper 11. Die Kernanordnung 10 ist auf der vom Untergrund 6 abgewandten Seite der Grundplatte 8 und zur Grundplatte 8 in Abstandsrichtung 7 beabstandet angeordnet. Zudem ist die Kernanordnung 10 in Abstandsrichtung 7 zur Flachspule 5 beabstandet. Hierbei ist die Kernanordnung 10 mit dem zumindest einen Kernkörper 11 zwischen der Grundplatte 8 und der Flachspule 5 angeordnet. Die Kernanordnung 10, insbesondere der zumindest eine Kernkörper 11, wird mittels einer Halterung 12 in der Bodenbaugruppe 1 gehalten und an der Grundplatte 8 abgestützt. Die Halterung 12 weist hierzu eine in Abstandsrichtung 7 zur Grundplatte 8 beabstandete Haltestruktur 13 auf, wobei der zumindest eine Kernkörper 11 auf der von der Grundplatte 8 abgewandten Seite der Haltestruktur 13 angeordnet und durch die Haltestruktur 13 in einer quer zur Abstandsrichtung 7 verlaufenden Ebene positioniert ist. Der Kernkörper 11, der prinzipiell auch als Ferritplatte 27 ausgebildet sein kann, weist einen Zentralbereich 18 und zumindest einen Randbereich 22 auf. Zwischen der Haltestruktur 13 und der Grundplatte 8 ist ein unterer Hohlraum 14 vorgesehen, durch den ein Luftströmungspfad 26 führen kann und/oder in dem zumindest ein elektronisches Bauteil angeordnet ist. Die Halterung 12 weist zwischen der Haltestruktur 13 und der Grundplatte 8 zudem zumindest eine Stütze 15 auf, die sich in Abstandsrichtung 7 durch den unteren Hohlraum 14 erstreckt. Zumindest einer dieser Stützen 15 ist dabei als Wärmeleitelement 31 aus einem Material mit einer Wärmeleitfähigkeit λ von λ > 5 W/(m·K) ausgebildet und quer zur Abstandsrichtung 7 innerhalb des Zentralbereichs 18 eines zugehörigen Kernkörpers 11 angeordnet und verbindet die Kernanordnung 11 und die Grundplatte 8 wärmeübertragend.
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Dies bietet den großen Vorteil, dass über die als Wärmeleitelemente 31 ausgebildeten Stützen 15 sowohl die Kernanordnung 10, die Flachspule 5 mit deren Leiter 9 als auch die Kernkörper 11, beispielsweise die Ferritplatten 27, wärmeübertragend mit der insbesondere als Kühlplatte 30 ausgebildeten Grundplatte 8 verbunden und darüber effektiv gekühlt werden können. Durch die quer zur Abstandsrichtung 7 und in Abstandsrichtung 7 gesehene Anordnung der Stützen 15 im zugehörigen Zentralbereich 18 des zugehörigen Kernkörpers 11 ist zudem eine Beeinflussung des durch die Flachspule 5 erzeugen Magnetfeldes und insbesondere einer magnetischen Flussdichte minimal, so dass für die erfindungsgemäß als Wärmeleitelemente 31 ausgebildeten Stützen 15 sogar metallische Werkstoffe in Betracht kommen. Gemäß der 7 sind dabei die magnetischen Feldlinien mit dem Bezugszeichen 32 bezeichnet, wodurch klar erkennbar ist, dass im Bereich der Stützen 15 die magnetischen Feldlinien 32 direkt am oder im Kernkörper 11 verlaufen und dadurch selbst bei einer metallischen Stützen 15 nicht gestört werden, wodurch keine zusätzlichen Wirbelströme oder Hystereseverluste in der jeweiligen Stütze 15 entstehen. Der jeweilige Randbereich 22 ist in unterschiedlichen Richtungen und auch bezüglich unterschiedlicher Orientierungen der Kernkörper 11 unterschiedlich groß, wobei erkennbar ist, dass die magnetischen Feldlinien 32 schon kurz neben einem seitlichen Rand 33 des Kernkörpers 11, beispielsweise der Ferritplatte 27, im oder nahe am Kernkörper 11 verlaufen und das magnetische Feld dadurch stark abnimmt, so dass die Stütze 15 nicht unbedingt mittig quer zur Abstandsrichtung 7 am jeweiligen Kernkörper 11 angeordnet werden muss, sondern der Zentralbereich 18 eine gewisse Größe (vgl. 4) aufweist und dadurch eine individuelle Verschiebung der Stütze 15 erlaubt.
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Insbesondere erstreckt sich die zumindest eine Stütze 15 in Abstandsrichtung 7 bis zur Grundplatte 8 und liegt auf der Grundplatte 8 auf (vgl. 1, 5 und 7) oder durchdringt diese (vgl. 8). Durch die lokale Abstützung durch die zumindest eine Stütze 15 erfolgt eine entsprechend lokale Übertragung der, insbesondere vom Kraftfahrzeug 3, auf die Kernanordnung 10 ausgeübten mechanischen Last. Diese lokale Lastübertragung führt zu einer Reduzierung einer durch die Lastübertragung bedingten Belastung des zumindest einen Kernkörpers 11. Auf diese Weise wird eine erhöhte mechanische Stabilität der Bodenbaugruppe 1 und/oder eine erhöhte Lebensdauer erreicht. Durch die Stütze 15 füllt diese den unteren Hohlraum 14 lediglich teilweise, sodass ein Strömungsraum 16 für ein Fluid, in den gezeigten Ausführungsbeispielen für Luft, verbleibt, wodurch die Kernanordnung 10 über die Luft Wärme an die Grundplatte 8 abgeben, sodass eine Kühlung der Kernanordnung 11 und der Flachspule 5 verbessert und folglich die Effizienz der Bodenbaugruppe 1 erhöht werden kann. Somit ist es auch möglich, die Bodenbaugruppe 1 mit hohen Leistungen von insbesondere mehreren kW zu betreiben und folglich das zu ladende Kraftfahrzeug 3 schneller zu laden bzw. kein Derating in irgendeinem Betriebspunkt zu verursachen.
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In den gezeigten Ausführungsbeispielen weist die Bodenbaugruppe 1 eine Deckplatte 17 auf. Die Flachspule 5, die Kernanordnung 11 und die Halterung 12 sind hierbei zwischen der Grundplatte 8 und der Deckplatte 17 angeordnet. Die Deckplatte 17 ist in Abstandsrichtung 7 zur Flachspule 5 beabstandet, sodass zwischen der Deckplatte 17 und der Flachspule 5 ein oberer Hohlraum 19 vorhanden ist. In den gezeigten Ausführungsbeispielen sind der untere Hohlraum 14 und der obere Hohlraum 19 über zwei in einer quer zur Abstandsrichtung 7 verlaufenden Breitenrichtung 20 außerhalb der Kernanordnung 10 angeordneten und gegenüberliegenden Durchlässen 21 fluidisch miteinander verbunden. In den gezeigten Ausführungsbeispielen ist die Grundplatte 8 als eine Kühlplatte 30 ausgebildet, durch welche Kühlkanäle 25 für ein Kühlmittel verlaufen. Das Kühlmittel kühlt im Betrieb die Grundplatte 8 aktiv. Die aktive gekühlte Grundplatte 8 kühlt über die Stützen 15 die Kernanordnung 10 und die Flachspule 5 und zusätzlich die Luft und folglich über die Luft wiederum die Flachspule 5 und die Kernanordnung 10. Die Grundplatte 8 ist hierbei vorteilhaft aus einem Metall oder einer Metalllegierung, insbesondere Aluminium, hergestellt, um die Wärmeübertragung zwischen Kühlmittel, Grundplatte 8 und Luft zu verbessern. Durch die beabstandete Anordnung der Grundplatte 8 zur Flachspule 5 und Kernanordnung 10 wird eine magnetische bzw. elektromagnetische Wechselwirkung der Grundplatte 8 mit der Flachspule 5 und der Kernanordnung 10 minimiert oder zumindest reduziert. Der Abstand der Grundplatte 8 zur Kernanordnung 10 in Abstandsrichtung 7 kann hierbei zwischen mehreren Millimetern und mehreren Zentimetern betragen. Durch die Herstellung der Grundplatte 8 aus einem Metall oder einer Metalllegierung erfolgt zugleich eine magnetische bzw. elektromagnetische Abschirmung der Bodenbaugruppe 1.
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3 zeigt eine Ansicht von unten auf die Kernanordnung 10 mit Haltestruktur 13. Dabei sind in 3 lediglich die Halterung 12 und die Kernanordnung 10 sowie die Kernkörper 11, beispielsweise die Ferritplatten 27, zu sehen. 4 zeigt eine Draufsicht von oben auf die Kernanordnung 10, wobei die Kernkörper 11 und die Halterung 12 zu sehen sind. 5 zeigt einen Schnitt durch die Bodenbaugruppe 1 im Bereich einer Stütze 15.
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Wie insbesondere den 3 und 5 zu entnehmen ist, weist die Bodenbaugruppe 1 der gezeigten Ausführungsbeispiele rein beispielhaft acht Kernkörper 11 auf, welche quaderförmig und beispielhaft identisch ausgebildet sind. Der jeweilige Kernkörper 11 ist plattenförmig ausgebildet und erstreckt sich in Breitenrichtung 20 sowie einer quer zur Breitenrichtung 20 und quer zur Abstandsrichtung 7 verlaufenden Längsrichtung 39 plattenförmig. Beim jeweiligen Kernkörper 11 handelt es sich vorteilhaft um eine Ferritplatte 27 oder eine Ferritkachel.
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Der Kernkörper 11 kann aus einem weichmagnetischen Werkstoff insbesondere aus einem weichmagnetischen Ferrit ausgebildet sein.
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Zweckmäßig ist zwischen der zumindest einen Stütze 15 und der Kernanordnung 10 bzw. der Haltestruktur 13 eine Verteilerplatte 23 angeordnet. Eine derartige Verteilerplatte 23 kann eine verbesserte Wärmeübertragung und damit eine verbesserte Kühlung der Kernanordnung 10 gewährleisten, wobei selbstverständlich klar ist, dass auch die Verteilerplatte 23 vorzugsweise innerhalb des Zentralbereichs 18 angeordnet ist, um insbesondere eine Beeinflussung des Magnetfeldes und damit das Erzeugen von Wirbelstromverlusten zumindest zu minimieren.
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Die Verteilerplatte 23 kann darüber hinaus über eine adhäsive Schicht 24 mit einer Wärmeleitfähigkeit von λ > 0,8 W/(m·K) und/oder einem Schubmodul von G < 10 MPa mit der Kernanordnung 10 verbunden sein. Da die adhäsive Schicht 24, beispielsweise eine Klebstoffschicht, äußerst dünn ist, reicht hier auch eine reduzierte Wärmeleitfähigkeit λ von λ > 0,8 W/(m·K). Um darüber hinaus unterschiedliche thermische Ausdehnungskoeffizienten zwischen den Kernkörpern 11, beispielsweise einer Ferritplatte 27 und der Verteilerplatte 23 ausgleichen zu können, ist es vorteilhaft, die Klebstoffschicht bzw. generell die adhäsive Schicht 24 mit einem Schubmodul G > 10 MPa auszustatten.
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Wie insbesondere den 1 und 3 sowie 7 zu entnehmen ist, weist die Halterung 12 der gezeigten Ausführungsbeispiele zumindest zwei zueinander beabstandete Stützen 15 auf. Die Stützen 15 sind hierbei jeweils säulenartig ausgebildet und weisen insbesondere eine Zylinderform auf. In den gezeigten Ausführungsbeispielen ist zumindest einer der Stützen 15 mit Bezug auf einen zugehörigen Kernkörper 11 mittig des zugehörigen Kernkörpers 11, das heißt in Breitenrichtung 20 und in Längsrichtung 39 mittig, angeordnet. In Abstandsrichtung 7 gesehen innerhalb des Zentralbereichs 18. In den gezeigten Ausführungsbeispielen ist ferner dem jeweiligen Kernkörper 11 eine einzige solche Stütze 15 zugeordnet, sodass die Halterung 12 entsprechend der Anzahl der Kernkörper 11 insgesamt acht Stützen 15 aufweist. Der jeweilige Kernkörper 11 liegt bevorzugt auf der zugehörigen Stütze 15 auf. Wie insbesondere 3 ferner zu entnehmen ist, ist die jeweilige Stütze 15 im Querschnitt kleiner als der zugehörige Kernkörper 11. Dabei sind die Stützen 15 in den gezeigten Ausführungsbeispielen entsprechend der identischen Ausbildung der Kernkörper 11 ebenfalls identisch ausgebildet. Durch die im Zentralbereich 18 gewählte, vorzugsweise mittige, Anordnung der Stütze 15 erfolgt hierbei eine mittige und lokal begrenzte mechanische Lastübertragung vom jeweiligen Kernkörper 11 auf die Stütze 15, sodass entsprechende Biegebeanspruchungen und Zugspannungen auf den Kernkörper 11 verbessert ausgeglichen werden können.
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Wie insbesondere 3 entnommen werden kann, weist die Haltestruktur 13 für den jeweiligen Kernkörper 11 eine Öffnung 34 auf, welche die Unterseite 29 des Kernkörpers 11 fluidisch mit dem unteren Hohlraum 14 verbindet. Somit steht die Luft im unteren Hohlraum 14, insbesondere die durch den unteren Hohlraum 14 strömende Luft, direkt mit der Unterseite 29 in Kontakt und kann den Kernkörper 11 verbessert kühlen. Wie insbesondere der 3 ferner entnommen werden kann, weist die Halterung 12 für die jeweilige Öffnung 34 zumindest eine zugehörige Strebe 35 zur Versteifung und/oder mechanischen Stabilisierung der Haltestruktur 13 im Bereich der Öffnung 34 und der Auflage für die Stütze 15 auf. In den gezeigten Ausführungsbeispielen sind für die jeweilige Öffnung 34 zumindest zwei solche Streben 35 vorgesehen, welche zueinander beabstandet sind. Die jeweilige Strebe 35 erstreckt sich hierbei quer zur Abstandsrichtung 7. In 3 sind dabei rein beispielhaft für sieben der insgesamt acht Öffnungen 34 vier Streben 35 und für eine der Öffnungen 34 zwei Streben 35 vorgesehen. In den gezeigten Ausführungsbeispielen stehen hierbei die Streben 35 der jeweiligen Öffnung 34 von dem der zugehörigen Kernanordnung 10 zugehörigen Stütze 15 ab. Die Streben 35 sorgen neben der verbesserten mechanischen Stabilität der Haltestruktur 13 für eine Verwirbelung der durch den unteren Hohlraum 14 strömenden Luft und somit für eine verbesserte Kühlung der Kernkörper 11.
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Die jeweilige Stütze 15 kann prinzipiell massiv ausgebildet sein. Wie 6 zu entnehmen ist, kann zumindest einer der Stützen 15 auch wenigstens einen in Abstandsrichtung 7 verlaufenden Hohlbereich 36 aufweisen, wobei in 6 rein beispielhaft ein zentraler Hohlbereich 36 und diesen umgebende weitere Hohlbereiche 36 dargestellt sind, sodass insgesamt neun Hohlbereiche 36 vorgesehen sind.
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In den gezeigten Ausführungsbeispielen ist der Leiter 9, wie den 1, 7 und 8 entnommen werden kann, in einem plattenförmigen Flachspulenwicklungsträger 37 aufgenommen. Der Flachspulenwicklungsträger 37 ist auf der von der Grundplatte 8 abgewandten Seite der Kernanordnung 10 angeordnet. Hierbei ist der Flachspulenwicklungsträger 37 auf der der Deckplatte 17 zugewandten Seite zumindest teilweise offen, sodass der Leiter 9 der Flachspule 5 fluidisch mit dem oberen Hohlraum 19 verbunden ist. Somit steht die Flachspule 5 mit der Luft im oberen Hohlraum 19 in Kontakt, wodurch eine verbesserte Kühlung der Flachspule 5 erfolgt.
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Wie der 1 ferner entnommen werden kann, verläuft in den gezeigten Ausführungsbeispielen zumindest ein lokaler Stützkörper 38 in Abstandsrichtung 7 zwischen der Deckplatte 17 und dem Flachspulenwicklungsträger 37. In den gezeigten Ausführungsbeispielen sind hierbei mehrere Stützkörper 38 vorgesehen, welche in Abstandsrichtung 7 verlaufen und zueinander beabstandet angeordnet sind. Die Stützkörper 38 erstrecken sich also parallel zu den Stützen 15. Wie der 1 ferner entnommen werden kann, sind in den gezeigten Ausführungsbeispielen die Stützkörper 38 identisch ausgebildet. Die Stützkörper 38 dienen insbesondere der Lastübertragung von der Deckplatte 17 in den Flachspulenwicklungsträger 37 und somit über den Flachspulenwicklungsträger 37, der Kernanordnung 10 und die Kernkörper 11 in die Stützen 15. In den gezeigten Ausführungsbeispielen ist hierbei der jeweiligen Stütze 15 ein solcher Stützkörper 38 zugeordnet, der in Abstandsrichtung 7 auf die Stütze 15 folgt, insbesondere parallel, beispielsweise koaxial, zur Stütze 15 verläuft, sodass eine möglichst direkte Lastübertragung vom jeweiligen Stützkörper 38 in die zugehörigen Stütze 15 stattfindet. In den gezeigten Ausführungsbeispielen sind die Stützkörper 38 dabei Bestandteil des Flachspulenwicklungsträgers 37.
