DE102022203149A1

DE102022203149A1 - Stationary induction charging device for a vehicle charging system

Info

Publication number: DE102022203149A1
Application number: DE102022203149.0A
Authority: DE
Inventors: Georg Feldhaus; Thomas Himmer; Stefan Hirsch; Christopher Lämmle; Holger Schroth; Martin Steinbach
Original assignee: Mahle International GmbH
Current assignee: Mahle International GmbH
Priority date: 2022-03-30
Filing date: 2022-03-30
Publication date: 2023-10-05
Also published as: WO2023186632A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine stationäre Induktionsladeeinrichtung (1). Die Induktionsladeeinrichtung (1) für ein Fahrzeugladesystem. Die Induktionsladeeinrichtung (1) umfasst ein Gehäuse (2), welches einen Gehäuseinnenraum (3) zumindest teilweise umgibt. Gerner umfasst die Induktionsladeeinrichtung eine im Gehäuseinnenraum (3) angeordneten Resonator (5), umfassend zumindest eine elektrisch bestrombare Induktionsspule sowie eine im Gehäuseinnenraum (3) angeordnete und elektrisch mit der im Resonator (5) angeordneten Induktionsspule verbundene erste Leistungselektronik (6). Ferner umfasst die Induktionsladeeinrichtung eine im Gehäuseinnenraum (3) angeordnete zweite Leistungselektronik (7) zur Umwandlung eines elektrischen Versorgungsstroms in einen elektrischen Wechselstrom, mittels welchem die im Resonator (5) angeordnete Induktionsspule elektrisch bestromt werden kann. Weiterhin umfasst die Induktionsladeeinrichtung (1) eine Kühleinrichtung (10) zum Abführen der im Gehäuseinnenraum (3) im Betrieb der Induktionsladeeinrichtung (1) anfallenden Abwärme. Die Kühleinrichtung (1) umfasst wenigstens einen im Gehäuseinnenraum (3) ausgebildeten Kühlmittelpfad (11), der von einem Kühlmedium (K) durchströmbar ist. Von dem Kühlmedium (K) kann besagte Abwärme aufgenommen und aus dem Gehäuseinnenraum (3) abgeführt werden.The invention relates to a stationary induction charging device (1). The induction charging device (1) for a vehicle charging system. The induction charging device (1) comprises a housing (2) which at least partially surrounds a housing interior (3). The induction charging device also comprises a resonator (5) arranged in the housing interior (3), comprising at least one electrically energized induction coil and first power electronics (6) arranged in the housing interior (3) and electrically connected to the induction coil arranged in the resonator (5). The induction charging device further comprises second power electronics (7) arranged in the housing interior (3) for converting an electrical supply current into an electrical alternating current, by means of which the induction coil arranged in the resonator (5) can be electrically energized. The induction charging device (1) further comprises a cooling device (10) for dissipating the waste heat generated in the housing interior (3) during operation of the induction charging device (1). The cooling device (1) comprises at least one coolant path (11) formed in the housing interior (3), through which a cooling medium (K) can flow. Said waste heat can be absorbed by the cooling medium (K) and removed from the housing interior (3).

Description

Die Erfindung betrifft eine stationäre Induktionsladeeinrichtung für ein Fahrzeugladesystem sowie ein Fahrzeugladesystem mit einem solchen stationären Induktionsladeeinrichtung.The invention relates to a stationary induction charging device for a vehicle charging system and a vehicle charging system with such a stationary induction charging device.

In heutigen Kraftfahrzeugen kommen sogenannte Traktionsbatterien beispielsweise bei Hybridfahrzeugen oder rein elektrisch betriebenen Fahrzeugen zum Antreiben des Kraftfahrzeugs zum Einsatz. Die Aufladung solcher Traktionsbatterien kann induktiv erfolgen. Hierzu ist es allgemein bekannt, fahrzeugseitig eine Induktionsspule vorzusehen, die mit einer stationären primären Induktionsspule einer stationären induktiven Ladeeinrichtung zusammenwirken kann. Die fahrzeugseitige Induktionsspule kann dabei Teil einer sogenannten stationären Induktionsladeeinrichtung sein.In today's motor vehicles, so-called traction batteries are used, for example in hybrid vehicles or purely electrically powered vehicles, to drive the motor vehicle. Such traction batteries can be charged inductively. For this purpose, it is generally known to provide an induction coil on the vehicle side, which can interact with a stationary primary induction coil of a stationary inductive charging device. The vehicle-side induction coil can be part of a so-called stationary induction charging device.

Als problematisch erweist sich bei einer solchen stationären Induktionsladeeinrichtung, dass deren elektrische und elektronische Komponenten in nicht unerheblichem Maße Abwärme erzeugen, die abgeführt werden muss.What proves to be problematic with such a stationary induction charging device is that its electrical and electronic components generate a significant amount of waste heat that must be dissipated.

Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Ausführungsform für eine stationäre induktive Ladeeinrichtung zu schaffen, in welcher insbesondere eine verbesserte Kühlung der im Betrieb Abwärme erzeugenden Komponenten realisiert ist.It is therefore an object of the present invention to create an improved embodiment for a stationary inductive charging device, in which, in particular, improved cooling of the components that generate waste heat during operation is realized.

Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.This task is solved by the subject matter of the independent patent claims. Preferred embodiments are the subject of the dependent claims.

Grundidee der vorliegenden Erfindung ist demnach, eine stationäre Induktionsladeeinrichtung mithilfe eines flüssigen oder gasförmigen Kühlmediums zu kühlen, welches die von den Komponenten der Induktionsladeeinrichtung im Betrieb erzeugte Abwärme aufnehmen und auf diese Weise aus der Induktionsladeeinrichtung abführen werden kann. Hierzu wird die Induktionsladeeinrichtung mit einer Kühleinrichtung ausgestattet, welche wiederum einen von dem Kühlmedium durchströmbaren Kühlmittelpfad umfasst. Besagter Kühlmittelpfad kann insbesondere Teil eines Kühlkreislaufs sein, in welchem das Kühlmedium zirkulieren kann. Das Kühlmedium dient also als Träger- bzw. Transportmedium für Abwärme. Die mittels des Kühlmediums von den Komponenten abtransportierte Abwärme kann mithilfe eines Wärmeübertragers an die äußere Umgebung der Induktionsladeeinrichtung abgegeben werden. Da besagter Kühlmittelpfad nur wenig Bauraum benötigt, wird zumindest im unmittelbaren Bereich um die zu kühlen Komponenten nur wenig Bauraum zur Kühlung dieser Komponenten benötigt.The basic idea of the present invention is therefore to cool a stationary induction charging device using a liquid or gaseous cooling medium, which can absorb the waste heat generated by the components of the induction charging device during operation and in this way can be removed from the induction charging device. For this purpose, the induction charging device is equipped with a cooling device, which in turn comprises a coolant path through which the cooling medium can flow. Said coolant path can in particular be part of a cooling circuit in which the cooling medium can circulate. The cooling medium therefore serves as a carrier or transport medium for waste heat. The waste heat transported away from the components by means of the cooling medium can be transferred to the external environment of the induction charging device using a heat exchanger. Since said coolant path requires only a small amount of installation space, at least in the immediate area around the components to be cooled, only a small amount of installation space is required to cool these components.

Im Einzelnen umfasst eine erfindungsgemäße stationäre Induktionsladeeinrichtung für ein Fahrzeugladesystem ein Gehäuse, welches einen Gehäuseinnenraum zumindest teilweise umgibt. Ferner umfasst die Induktionsladeeinrichtung eine im Gehäuseinnenraum angeordnete erste Leistungselektronik, die einen aktiven Gleichrichter zum Umwandeln einer der Induktionsladeeinrichtung zugeführten elektrischen Wechselspannung in eine elektrische Gleichspannung umfasst. Weiterhin umfasst die Induktionsladeeinrichtung eine im Gehäuseinnenraum angeordnete und im Betrieb Abwärme erzeugende zweite Leistungselektronik, die elektrisch mit der ersten Leistungselektronik verbunden ist und einen aktiven Wechselrichter zum Umwandeln der von der ersten Leistungselektronik ausgegebenen elektrischen Gleichspannung in eine elektrische Wechselspannung umfasst. Ferner umfasst die Induktionsladeeinrichtung einen im Gehäuseinnenraum angeordneten und im Betrieb Abwärme erzeugenden elektrischen Resonator zum Erzeugen eines magnetischen Wechselfeldes, der elektrisch mit der zweiten Leistungselektronik verbunden ist und wenigstens eine Induktionsspule umfasst. Erfindungsgemäß umfasst die Induktionsladeeinrichtung außerdem eine Kühleinrichtung zum Abführen der im Gehäuseinnenraum im Betrieb der Induktionsladeeinrichtung anfallenden Abwärme. Die Kühleinrichtung umfasst wenigstens einen im Gehäuseinnenraum ausgebildeten Kühlmittelpfad, der von einem Kühlmedium durchströmbar ist. Von dem Kühlmedium kann besagte Abwärme aufgenommen und aus dem Gehäuseinnenraum und somit auch aus der Induktionsladeeinrichtung abgeführt werden. Das Kühlmedium kann ein Gemisch, insbesondere ein 50:50-Gemisch, aus Wasser und Glysantin sein.In detail, a stationary induction charging device according to the invention for a vehicle charging system comprises a housing which at least partially surrounds a housing interior. Furthermore, the induction charging device comprises first power electronics arranged in the interior of the housing, which comprises an active rectifier for converting an electrical alternating voltage supplied to the induction charging device into an electrical direct voltage. Furthermore, the induction charging device comprises second power electronics arranged in the interior of the housing and generating waste heat during operation, which is electrically connected to the first power electronics and includes an active inverter for converting the electrical direct voltage output by the first power electronics into an electrical alternating voltage. Furthermore, the induction charging device comprises an electrical resonator which is arranged in the housing interior and generates waste heat during operation for generating an alternating magnetic field, which is electrically connected to the second power electronics and comprises at least one induction coil. According to the invention, the induction charging device also comprises a cooling device for dissipating the waste heat generated in the housing interior during operation of the induction charging device. The cooling device comprises at least one coolant path formed in the housing interior through which a cooling medium can flow. Said waste heat can be absorbed by the cooling medium and dissipated from the interior of the housing and thus also from the induction charging device. The cooling medium can be a mixture, in particular a 50:50 mixture, of water and glysantin.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst die erste Leistungselektronik mehrere dem aktiven Gleichrichter elektrisch vorgeschaltete passive Filterelemente zur Aufbereitung der der Induktionsladeeinrichtung bereitgestellten elektrischen Wechselspannung, die im Betrieb Abwärme erzeugen. Alternativ oder zusätzlich umfasst bei dieser Ausführungsform die zweite Leistungselektronik eine dem aktiven Wechselrichter elektrisch nachgeschaltete Blindleistungskompensation zum Minimieren der am Resonator abfallenden Blindleistung, die im Betrieb Abwärme erzeugt. Alternativ oder zusätzlich umfasst bei dieser Ausführungsform der Resonator ein Impedanz-Anpassungsnetzwerk mit wenigstens einer elektrischen Kapazität zum Anpassen der Impedanz der Induktionsspule.In a preferred embodiment of the invention, the first power electronics comprises a plurality of passive filter elements electrically connected upstream of the active rectifier for processing the electrical alternating voltage provided to the induction charging device, which generate waste heat during operation. Alternatively or additionally, in this embodiment, the second power electronics includes a reactive power compensation electrically connected downstream of the active inverter to minimize the reactive power lost at the resonator, which generates waste heat during operation. Alternatively or additionally, in this embodiment the resonator comprises an impedance matching network with at least one electrical capacitance for adjusting the impedance of the induction coil.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist die Kühleinrichtung eine im Gehäuseinnenraum angeordnete Rückkühlzone auf, in welcher wenigstens ein Wärmeübertrager, vorzugsweise ein Kühlmedium-Luft-Wärmeübertrager, angeordnet ist, der von Luft aus der äußeren Umgebung des Gehäuses und fluidisch getrennt zur Luft von dem Kühlmedium durchströmt werden kann. In dem Wärmeübertrager kann Wärme von dem Kühlmedium an die Luft abgegeben werden. Somit kann der vergleichsweise viel Bauraum benötigende Wärmeübertrager zum Abführen der vom Kühlmedium transportierten Abwärme im Abstand zu den zu kühlen Komponenten der Induktionsladeeinrichtung angeordnet werden. Dadurch erhöht sich die Flexibilität bei der technischen Ausgestaltung der Induktionsladeeinrichtung, insbesondere hinsichtlich der Positionierung ihrer einzelnen Komponenten einschließlich der Kühleinrichtung.According to an advantageous development of the invention, the cooling device has a re-cooling zone arranged in the housing interior, in which at least one heat exchanger, preferably As a cooling medium-air heat exchanger is arranged, through which air from the external environment of the housing and fluidly separated from the air can flow from the cooling medium. In the heat exchanger, heat can be released from the cooling medium into the air. Thus, the heat exchanger, which requires a comparatively large amount of installation space, can be arranged at a distance from the components of the induction charging device to be cooled in order to dissipate the waste heat transported by the cooling medium. This increases the flexibility in the technical design of the induction charging device, in particular with regard to the positioning of its individual components including the cooling device.

Besonders bevorzugt umfasst die Kühleinrichtung einen durch den wenigstens einen Kühlmittelpfad gebildeten oder diesen Kühlmittelpfad umfassenden, geschlossenen Kühlmittekreislauf, in welchem das Kühlmedium zirkulierbar oder zirkuliert ist. In einem solchen Kühlkreislauf kann das Kühlmedium zunächst Abwärme von den zu kühlen Komponenten aufnehmen und diese an einem anderen Ort, insbesondere in besagter Rückkühlzone wieder abgeben, sodass das Kühlmedium bei der nächsten Zirkulation erneut Abwärme aufnehmen kann. In einem solchen Kühlkreislauf kann - etwa in der Rückkühlzone - eine geeignete Fördereinrichtung, insbesondere in Form einer Fluid- bzw. Kühlmittelpumpe angeordnet sein, mittels welcher das Kühlmedium zum Zirkulieren in dem Kühlkreislauf gefördert wird. Zur Erzielung eines besonders störungsfreien und wartungsarmen Betriebs des Kühlkreislaufs ist es denkbar, dass im besagten Kühlkreislauf einen als Kühlmittelreservoir wirkenden Ausgleichsbehälter zur Aufnahme des Kühlmediums angeordnet ist.Particularly preferably, the cooling device comprises a closed coolant circuit formed by the at least one coolant path or comprising this coolant path, in which the cooling medium can be circulated or circulated. In such a cooling circuit, the cooling medium can first absorb waste heat from the components to be cooled and release it again at another location, in particular in said re-cooling zone, so that the cooling medium can absorb waste heat again during the next circulation. In such a cooling circuit - for example in the recooling zone - a suitable conveying device can be arranged, in particular in the form of a fluid or coolant pump, by means of which the cooling medium is conveyed for circulation in the cooling circuit. In order to achieve a particularly trouble-free and low-maintenance operation of the cooling circuit, it is conceivable that an expansion tank acting as a coolant reservoir for receiving the cooling medium is arranged in the said cooling circuit.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Induktionsladeeinrichtung umfasst der Kühlkreislauf zumindest zwei Kühlzonen, die fluidisch seriell oder parallel miteinander verschaltet sind. Dies erlaubt eine variable räumliche Zuordnung von Kühlzonen, die zonenweise individuelle Kühlleistung bereitstellen können.According to an advantageous development of the induction charging device according to the invention, the cooling circuit comprises at least two cooling zones which are fluidly connected to one another in series or parallel. This allows a variable spatial allocation of cooling zones, which can provide individual cooling performance on a zone-by-zone basis.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst der Kühlkreislauf eine erste Kühlzone zum Kühlen der ersten Leistungselektronik, eine zweite Kühlzone zum Kühlen der zweiten Leistungselektronik und eine dritte Kühlzone zum Kühlen des Resonators. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass die Abwärme erzeugenden Komponenten der Induktionsladeeinrichtung, also die erste und zweite Leistungselektronik und der Resonator mit der Induktionsspule effektiv gekühlt werden. Insbesondere erlaubt die Ausbildung separater Kühlzonen für besagte Komponenten eine individuelle Anpassung der bereitgestellten Kühlleistung an die von den einzelnen Komponenten erzeugte Abwärme. Insbesondere kann auf diese Weise eine vorteilhafte fluidische Verschaltung der einzelnen Kühlmittelzonen - insbesondere in Form einer fluidischen Parallel- bzw. Reihenschaltung - realisiert werden.In a preferred embodiment of the invention, the cooling circuit comprises a first cooling zone for cooling the first power electronics, a second cooling zone for cooling the second power electronics and a third cooling zone for cooling the resonator. In this way it is ensured that the components of the induction charging device that generate waste heat, i.e. the first and second power electronics and the resonator with the induction coil, are effectively cooled. In particular, the formation of separate cooling zones for said components allows an individual adaptation of the cooling power provided to the waste heat generated by the individual components. In particular, an advantageous fluidic connection of the individual coolant zones - in particular in the form of a fluidic parallel or series connection - can be realized in this way.

Bei einer anderen bevorzugten Weiterbildung sind die wenigstens zwei, vorzugsweise drei, Kühlzonen fluidisch parallel miteinander verschaltet im Kühlkreislauf angeordnet. Bei dieser Variante wird das Kühlmedium auf die drei Kühlzonen aufgeteilt. Bei dieser Weiterbildung bietet sich die Bereitstellung einer Ventileinrichtung an, mittels welcher Aufteilung des Kühlmedium-Stromes auf zwei oder drei Kühlzonen eingestellt werden kann. Somit ist es möglich, die Aufteilung der Teilströme auf die besagten Kühlzonen bzw. Komponenten der Induktionsladeeinrichtung in Abhängigkeit von der Menge an jeweils erzeugter Abwärme aufzuteilen. Derselbe Effekt kann erreicht werden, indem ein Querschnitt des Kühlmittelpfads in wenigstens zweien der drei Kühlzonen unterschiedlich gewählt wird. Durch entsprechende Ausgestaltung des Querschnitts des Kühlmittelpfads in der jeweiligen Kühlzone kann die Verteilung des Kühlmediums auf die drei Kühlzonen gezielt beeinflusst und eingestellt werden.In another preferred development, the at least two, preferably three, cooling zones are arranged fluidly connected to one another in parallel in the cooling circuit. In this variant, the cooling medium is divided into the three cooling zones. In this development, it is possible to provide a valve device by means of which the distribution of the cooling medium flow can be set between two or three cooling zones. It is therefore possible to distribute the partial flows to the said cooling zones or components of the induction charging device depending on the amount of waste heat generated in each case. The same effect can be achieved by choosing a cross section of the coolant path differently in at least two of the three cooling zones. By appropriately designing the cross section of the coolant path in the respective cooling zone, the distribution of the cooling medium to the three cooling zones can be specifically influenced and adjusted.

Bevorzugt können die wenigstens zwei, vorzugsweise drei, Kühlzonen fluidisch seriell, also in Reihe miteinander verschaltet im Kühlkreislauf angeordnet sein. Diese Variante ist technisch besonders einfach aufgebaut, da auf fluidische Abzweige zu den einzelnen Kühlzonen bzw. von den einzelnen Kühlzonen, wie diese bei einer fluidischen Parallelschaltungen erforderlich wären, weitgehend oder sogar vollständig verzichtet werden kann. Insofern benötigt eine solche Reihenschaltung auch besonders wenig Bauraum. Darüber hinaus ist bei dieser Variante sichergestellt, dass jede Kühlzone von dem gesamten Kühlmedium - und nicht nur von einem Teil des Kühlmediums - durchströmt wird.Preferably, the at least two, preferably three, cooling zones can be arranged fluidically in series, i.e. connected to one another in series, in the cooling circuit. This variant has a particularly simple technical design, since fluidic branches to the individual cooling zones or from the individual cooling zones, as would be required in a fluidic parallel connection, can be largely or even completely dispensed with. In this respect, such a series connection also requires particularly little installation space. In addition, this variant ensures that each cooling zone is flowed through by the entire cooling medium - and not just part of the cooling medium.

Besonders bevorzugt kann die erste Kühlzone stromauf der zweiten und dritten Kühlzone und die zweite Kühlzone stromauf der dritten Kühlzone im Kühlkreislauf angeordnet sein. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass von dem Kühlmedium zunächst Wärme von der im Betrieb typischerweise besonders viel Abwärme erzeugenden ersten Leistungselektronik, aufgenommen wird und erst dann - wenn von dem Kühlmedium bereits Abwärme von der ersten Leistungselektronik aufgenommen ist - von dem im Vergleich zur ersten Leistungselektronik weniger Abwärme erzeugenden Resonator. Die oftmals weniger Abwärme erzeugende zweite Leistungselektronik gibt seine Abwärme also bei dieser Variante erst an das Kühlmedium ab, nachdem dieses bereits jeweils Abwärme von der ersten Leistungselektronik und von dem Resonator aufgenommen hat. Mittels beider Methoden - Ventileinrichtung oder Querschnittsvariation - können zwei oder alle drei Kühlzonen unterschiedlich stark gekühlt werden.Particularly preferably, the first cooling zone can be arranged upstream of the second and third cooling zones and the second cooling zone can be arranged upstream of the third cooling zone in the cooling circuit. In this way it is ensured that the cooling medium first absorbs heat from the first power electronics, which typically generates a particularly large amount of waste heat during operation, and only then - when waste heat has already been absorbed by the first power electronics from the cooling medium - from the first power electronics in comparison to the first power electronics Resonator that generates less waste heat. In this variant, the second power electronics, which often generates less waste heat, only releases its waste heat to the cooling medium after the latter has already absorbed waste heat from the first power electronics and from the resonator. Using both methods - valve device or cross-sectional variation - two or all three cooling zones can be cooled to different degrees.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung können drei oder mehr Kühlzonen in einer kombinierten Parallel- und Reihenschaltung fluidisch miteinander verbunden sein. Besonders bevorzugt können die zweite und die dritte Kühlzone fluidisch parallel miteinander verschaltet und die erste Kühlzone fluidisch in Reihe mit der zweiten und dritten Kühlzone verschaltet werden. Bei dieser Variante ist sichergestellt, dass die erste Kühlzone, in welcher die besonders viel Abwärme erzeugende erste Leistungselektronik angeordnet ist, von dem gesamten Kühlmedium durchströmt wird, wohingegen die zweite und dritte Kühlzone mit der vergleichsweise wenig Abwärme erzeugenden Komponenten, also die zweite Leistungselektronik und der Resonator, jeweils nur von einem Teil des Kühlmediums durchströmt werden.According to a further advantageous development, three or more cooling zones can be fluidly connected to one another in a combined parallel and series connection. Particularly preferably, the second and third cooling zones can be fluidly connected in parallel with one another and the first cooling zone can be fluidly connected in series with the second and third cooling zones. This variant ensures that the entire cooling medium flows through the first cooling zone, in which the first power electronics that generate a particularly large amount of waste heat is arranged, whereas the second and third cooling zones with the components that generate comparatively little waste heat, i.e. the second power electronics and the Resonator, only a part of the cooling medium flows through.

Besonders bevorzugt ist die erste Kühlzone stromauf der zweiten und auch stromauf dritten Kühlzone im Kühlkreislauf angeordnet. Bei dieser Variante wird also analog zur oben erläuterten Weiterbildung zunächst die besonders viel Abwärme erzeugende erste Leistungselektronik gekühlt. Hierbei wird eine besonders wirksame Kühlung sichergestellt, da das gesamte im Kühlkreislauf zirkulierende Kühlmedium die erste Kühlzone der ersten Leistungselektronik durchströmen muss. Anschließend wird das Kühlmedium auf die beiden, im Vergleich zur ersten Leistungselektronik jeweils weniger Abwärme erzeugenden Komponenten, und zwar die zweite Leistungselektronik und den Resonator, aufgeteilt. Somit kann von einem Teilstrom des Kühlmediums Abwärme des Resonators und von dem dazu komplementären Teilstrom des Kühlmediums Abwärme der zweiten Leistungselektronik aufgenommen werden. Durch zusätzliche Verwendung einer Ventileinrichtung ist es auch bei dieser Variante möglich, die Aufteilung der beiden Teilströme auf die zweite bzw. dritte Kühlzone in Abhängigkeit von der von dem Resonator und der zweiten Leistungselektronik jeweils erzeugten Abwärme aufzuteilen. Auf diese Weise kann die Wärmeaufnahme von dem Resonator und der zweiten Leistungselektronik optimiert werden.The first cooling zone is particularly preferably arranged upstream of the second and also upstream of the third cooling zone in the cooling circuit. In this variant, analogous to the development explained above, the first power electronics, which generate a particularly large amount of waste heat, are first cooled. This ensures particularly effective cooling, since the entire cooling medium circulating in the cooling circuit must flow through the first cooling zone of the first power electronics. The cooling medium is then divided between the two components that generate less waste heat compared to the first power electronics, namely the second power electronics and the resonator. Thus, waste heat from the resonator can be absorbed from a partial flow of the cooling medium and waste heat from the second power electronics can be absorbed from the complementary partial flow of the cooling medium. By additionally using a valve device, it is also possible in this variant to divide the two partial flows between the second and third cooling zones depending on the waste heat generated by the resonator and the second power electronics. In this way, the heat absorption by the resonator and the second power electronics can be optimized.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung umfasst der Kühlkreislauf eine erste Kühlzone zum gemeinsamen Kühlen des aktiven Gleichrichters der ersten Leistungselektronik und des aktiven Wechselrichters der zweiten Leistungselektronik. Ferner umfasst der Kühlkreislauf eine zweite Kühlzone zum Kühlen der Filterelemente der ersten Leistungselektronik und der Blindleistungskompensation der zweiten Leistungselektronik. Schließlich umfasst der Kühlkreislauf eine dritte Kühlzone zum Kühlen des Resonators. Somit sind bei dieser Konfiguration die besonders viel Abwärme erzeugenden Komponenten, also der Gleichrichter und der Wechselrichter, in der ersten Kühlzone zusammengefasst und die deutlich weniger Abwärme erzeugenden Komponenten, also zum Kühlen der Filterelemente der ersten Leistungselektronik und der Blindleistungskompensation, in einer von der ersten Kühlzone verschiedenen und individuell mit Kühlleistung versorgbaren zweiten Kühlzone zusammengefasst. Durch entsprechende Ansteuerung der Kühlzonen können diese individuell und mit an die aufzunehmende Menge an Abwärme angepasster Kühlleistung versorgt werden.According to an advantageous development, the cooling circuit comprises a first cooling zone for jointly cooling the active rectifier of the first power electronics and the active inverter of the second power electronics. Furthermore, the cooling circuit includes a second cooling zone for cooling the filter elements of the first power electronics and the reactive power compensation of the second power electronics. Finally, the cooling circuit includes a third cooling zone for cooling the resonator. Thus, in this configuration, the components that generate a particularly large amount of waste heat, i.e. the rectifier and the inverter, are combined in the first cooling zone and the components that generate significantly less waste heat, i.e. for cooling the filter elements of the first power electronics and the reactive power compensation, are in one of the first cooling zone different second cooling zones that can be individually supplied with cooling capacity. By appropriately controlling the cooling zones, they can be supplied individually and with cooling power adapted to the amount of waste heat to be absorbed.

Bei einer vorteilhaften Weiterbildung ist daher im Kühlkreislauf wenigstens eine Ventileinrichtung vorgesehen, mittels welcher die Verteilung des Kühlmediums auf wenigstens zwei, vorzugsweise alle, der Kühlzonen gesteuert bzw. geregelt werden kann.In an advantageous development, at least one valve device is therefore provided in the cooling circuit, by means of which the distribution of the cooling medium to at least two, preferably all, of the cooling zones can be controlled or regulated.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist in wenigstens einer der drei Kühlzonen wenigstens ein von dem Kühlmedium durchströmbares Kühlelement der Kühleinrichtung angeordnet. Von diesem Kühlelement bzw. in diesem Kühlelement kann die von der jeweiligen Abwärme erzeugenden Komponente, also Resonator oder/und erste oder/und zweite Leistungselektronik, erzeugte Abwärme aufgenommen und auf das Kühlmedium übertragen werden.In a further preferred embodiment, at least one cooling element of the cooling device through which the cooling medium can flow is arranged in at least one of the three cooling zones. The waste heat generated by the respective component generating waste heat, i.e. resonator and/or first and/or second power electronics, can be absorbed by this cooling element or in this cooling element and transferred to the cooling medium.

Besonders zweckmäßig kann das wenigstens eine Kühlelement ein Gehäuseteil, vorzugsweise eine Gehäuseplatte, des Gehäuses oder eines separaten Komponentengehäuses umfassen oder sein. In dem Gehäuseteil bzw. in der Gehäuseplatte ist eine von dem Kühlmedium durchströmbare und einen Teil des Kühlmittelpfads bildende Kanalstruktur ausgebildet. Auf dem Gehäuseteil kann der Resonator oder/und die erste oder/und die zweite Leistungselektronik als jeweils Abwärme erzeugende elektrische/elektronische Komponente der Induktionsladeeinrichtung zumindest teilweise angeordnet sein. Dabei ist besagtes Gehäuseteil bzw. besagte Gehäuseplatte thermisch mit dieser Komponente verbunden, so dass die von der Komponente erzeugte Abwärme an das durch die Kanalstruktur geführte Kühlmedium übertragbar ist. Eine solche thermische Verbindung ist bei der hier vorgestellten Induktionsladeeinrichtung auch dann gegeben, wenn zwischen der Abwärme erzeugenden Komponente und der Kühlstruktur eine mit einem weiteren, z.B. gasförmigen Medium gefüllte Kavität existiert, die aufgrund der darin erzeugten natürlichen und/oder erzwungenen Konvektion eine Wärmeübertragung zwischen der Abwärme erzeugenden Komponente und der Kühlstruktur ermöglicht.Particularly expediently, the at least one cooling element can comprise or be a housing part, preferably a housing plate, of the housing or a separate component housing. A channel structure through which the cooling medium can flow and which forms part of the coolant path is formed in the housing part or in the housing plate. The resonator and/or the first and/or the second power electronics can be at least partially arranged on the housing part as an electrical/electronic component of the induction charging device that generates waste heat. Said housing part or said housing plate is thermally connected to this component, so that the waste heat generated by the component can be transferred to the cooling medium guided through the channel structure. Such a thermal connection is also present in the induction charging device presented here if there is a cavity filled with another, for example gaseous medium, between the component generating waste heat and the cooling structure, which, due to the natural and/or forced convection generated therein, enables heat transfer between the Waste heat generating component and the cooling structure.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Rückkühlzone fluidisch in Reihe zu den drei Kühlzonen im Kühlkreislauf angeordnet. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass das Kühlmedium bei jeder einzelnen Zirkulation im Kühlkreislauf durch die Rückkühlzone geführt ist, wo es Wärme an die äußere Umgebung der Induktionsladeeinrichtung abgeben kann.In a further preferred embodiment, the recooling zone is fluidly arranged in series with the three cooling zones in the cooling circuit. In this way it is ensured that the cooling medium is guided through the recooling zone during each individual circulation in the cooling circuit, where it can release heat to the external environment of the induction charging device.

Die Erfindung betrifft ferner ein Fahrzeugladesystem mit einer voranstehend vorgestellten stationären Induktionsladeeinrichtung und mit einer induktiv mit der stationären Induktionsladeeinrichtung induktiv koppelbaren oder gekoppelten mobilen Induktionsladeeinrichtung, die zum Einbau in ein Fahrzeug ausgebildet ist. Die voranstehend erläuterten Vorteile der voranstehend vorgestellten erfindungsgemäßen Induktionsladeeinrichtung übertragen sich daher auf das erfindungsgemäß Fahrzeugladesystem.The invention further relates to a vehicle charging system with a stationary induction charging device presented above and with a mobile induction charging device which can be inductively coupled or coupled to the stationary induction charging device and which is designed for installation in a vehicle. The advantages explained above of the induction charging device according to the invention presented above are therefore transferred to the vehicle charging system according to the invention.

Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.Further important features and advantages of the invention emerge from the subclaims, from the drawings and from the associated description of the figures based on the drawings.

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.It is understood that the features mentioned above and those to be explained below can be used not only in the combination specified in each case, but also in other combinations or alone, without departing from the scope of the present invention.

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.Preferred exemplary embodiments of the invention are shown in the drawings and are explained in more detail in the following description, with the same reference numbers referring to the same or similar or functionally the same components.

Es zeigen, jeweils schematisch:

1 ein Beispiel einer erfindungsgemäßen Induktionsladeeinrichtung einer problematischen Darstellung,
2 das Gehäuse und den Gehäuseinnenraum mit den darin angeordneten Komponenten der Induktionsladeeinrichtung,
3 bis 5 verschiedene fluidische Verschaltungsvarianten der drei Kühlzonen des Kühlkreislaufs,
6 beispielhaft eine mögliche technische Ausgestaltungsform eines Kühlelements der Kühleinrichtung.
7 schaltplanartig einer weitere Konfigurationsvariante der Kühleinrichtung mit drei Kühlzonen.

Show it schematically:

1 an example of an induction charging device according to the invention of a problematic representation,
2 the housing and the housing interior with the components of the induction charging device arranged therein,
3 until 5 different fluidic connection variants of the three cooling zones of the cooling circuit,
6 an example of a possible technical embodiment of a cooling element of the cooling device.
7 Circuit diagram-like another configuration variant of the cooling device with three cooling zones.

Die 1 zeigt beispielhaft ein Beispiel einer erfindungsgemäßen stationären Induktionsladeeinrichtung 1 für ein Fahrzeugladesystem. Die Induktionsladeeinrichtung 1 kann auf einem Montageboden 35 angeordnet sein. Alternativ dazu (nicht gezeigt) ist es denkbar, einzelne Komponenten der Induktionsladeeinrichtung 1 auch an einer sich vertikal erstreckenden Montagewand 36 anzuordnen. Die Induktionsladeeinrichtung 1 umfasst ein Gehäuse 2, welches einen Gehäuseinnenraum 3 umgibt.The 1 shows an example of a stationary induction charging device 1 according to the invention for a vehicle charging system. The induction charging device 1 can be arranged on a mounting floor 35. Alternatively (not shown), it is conceivable to also arrange individual components of the induction charging device 1 on a vertically extending mounting wall 36. The induction charging device 1 comprises a housing 2 which surrounds a housing interior 3.

Ferner umfasst die Induktionsladeeinrichtung 1 eine im Gehäuseinnenraum 3 angeordnete erste Leistungselektronik 6, die einen aktiven Gleichrichter 30 zum Umwandeln einer der Induktionsladeeinrichtung 1 von außen zugeführten elektrischen Wechselspannung in eine elektrische Gleichspannung umfasst.Furthermore, the induction charging device 1 comprises a first power electronics 6 arranged in the housing interior 3, which comprises an active rectifier 30 for converting an electrical alternating voltage supplied to the induction charging device 1 from outside into an electrical direct voltage.

Weiterhin umfasst die Induktionsladeeinrichtung 1 eine im Gehäuseinnenraum 3 angeordnete und im Betrieb Abwärme erzeugende zweite Leistungselektronik 7, die elektrisch mit der ersten Leistungselektronik 6 verbunden ist und einen aktiven Wechselrichter 31 zum Umwandeln der von der ersten Leistungselektronik 6 ausgegebenen elektrischen Gleichspannung in eine elektrische Wechselspannung umfasst.Furthermore, the induction charging device 1 comprises a second power electronics unit 7 arranged in the housing interior 3 and generating waste heat during operation, which is electrically connected to the first power electronics unit 6 and comprises an active inverter 31 for converting the electrical direct voltage output by the first power electronics unit 6 into an electrical alternating voltage.

Ferner umfasst die Induktionsladeeinrichtung 1 einen im Gehäuseinnenraum 3 angeordneten und im Betrieb Abwärme erzeugenden elektrischen Resonator 5 zum Erzeugen eines magnetischen Wechselfeldes, der elektrisch mit der zweiten Leistungselektronik 7 verbunden ist. Hierzu umfasst der Resonator 5 eine nicht näher dargestellte Induktionsspule.Furthermore, the induction charging device 1 comprises an electrical resonator 5, which is arranged in the housing interior 3 and generates waste heat during operation, for generating an alternating magnetic field, which is electrically connected to the second power electronics 7. For this purpose, the resonator 5 includes an induction coil, not shown.

Die erste Leistungselektronik 6 umfasst mehrere dem aktiven Gleichrichter 30 elektrisch vorgeschaltete passive Filterelemente 32 zur Aufbereitung der der Induktionsladeeinrichtung bereitgestellten elektrischen Wechselspannung. Auch besagte Filterelemente 32 erzeugen im Betrieb der Induktionsladeeinrichtung 1 Abwärme, wenngleich auch weniger als der aktive Gleichrichter 30. Die zweite Leistungselektronik 7 umfasst eine dem aktiven Wechselrichter 31 elektrisch nachgeschaltete Blindleistungskompensation 33 zum Minimieren der am Resonator abfallenden Blindleistung, die im Betrieb Abwärme erzeugt. Mittels der Blindleistungskompensation 33 kann auch die Resonanzfrequenz des Resonators 5 bzw. dessen Induktionsspule eingestellt und an eine in der mobilen Induktionsladeeinrichtung vorhandenen Empfangsspule anzupassen. Mittels der Blindleistungskompensation 33 können verschiedene die Resonanzfrequenz beeinflussende Parameter des Aufbaus der Induktionsladeeinrichtung 1 wie etwa der vertikale Abstand der stationären Induktionsladeeinrichtung 1 zur mobilen Induktionsladeeinrichtung sowie temperaturbedingte Effekte ausgeglichen werden. Ein typischer Wert für die Resonanzfrequenz ist beispielsweise 85kHz. Auch besagte Blindleistungskompensation 33 erzeugt im Betrieb der Induktionsladeeinrichtung 1 Abwärme, wenngleich auch weniger als der aktive Wechselrichter 32. Der Resonator 5 umfasst ein Impedanz-Anpassungsnetzwerk 34, welches wenigstens eine elektrische Kapazität zum Anpassen der Impedanz zumindest der ersten und zweiten Leistungselektronik 6, 7 an die Impedanz des Resonators 5 aufweist.The first power electronics 6 includes a plurality of passive filter elements 32 electrically connected upstream of the active rectifier 30 for processing the electrical alternating voltage provided to the induction charging device. Said filter elements 32 also generate waste heat during operation of the induction charging device 1, although less than the active rectifier 30. The second power electronics 7 includes a reactive power compensation 33 electrically connected downstream of the active inverter 31 to minimize the reactive power falling on the resonator, which generates waste heat during operation. By means of the reactive power compensation 33, the resonance frequency of the resonator 5 or its induction coil can also be adjusted and adapted to a receiving coil present in the mobile induction charging device. By means of the reactive power compensation 33, various parameters of the structure of the induction charging device 1 that influence the resonance frequency, such as the vertical distance of the stationary induction la deeinrichtung 1 to the mobile induction charging device as well as temperature-related effects are compensated for. A typical value for the resonance frequency is, for example, 85kHz. Said reactive power compensation 33 also generates waste heat during operation of the induction charging device 1, although less than the active inverter 32. The resonator 5 comprises an impedance matching network 34, which has at least one electrical capacitance for adjusting the impedance of at least the first and second power electronics 6, 7 the impedance of the resonator 5 has.

Wie die 1 veranschaulicht, umfasst die Induktionsladeeinrichtung 1 außerdem eine Kühleinrichtung 10 zum Abführen der im Betrieb Abwärme erzeugenden Komponenten 4 der Induktionsladeeinrichtung 1, also des Resonators 5, der ersten Leistungselektronik 6 und der zweite Leistungselektronik 7. Die Kühleinrichtung 10 umfasst hierzu im Gehäuseinnenraum 3 ausgebildete Kühlmittelpfade 11, die im Betrieb der Induktionsladeeinrichtung 1 bzw. der Kühleinrichtung 10 von einem Kühlmedium K durchströmbar sind. Das Kühlmedium K kann die von den Komponenten 4 erzeugte Abwärme aufnehmen und somit von den Komponenten 4 abtransportieren, wodurch die gewünschte Kühlung der Komponenten 4 bewirkt wird.As the 1 illustrated, the induction charging device 1 also includes a cooling device 10 for dissipating the components 4 of the induction charging device 1 that generate waste heat during operation, i.e. the resonator 5, the first power electronics 6 and the second power electronics 7. For this purpose, the cooling device 10 includes coolant paths 11 formed in the housing interior 3, which can be flowed through by a cooling medium K during operation of the induction charging device 1 or the cooling device 10. The cooling medium K can absorb the waste heat generated by the components 4 and thus transport it away from the components 4, thereby bringing about the desired cooling of the components 4.

Wie 1 erkennen lässt, sind die Kühlmittelpfade 11 Teil eines geschlossenen Kühlkreislaufs 13 der Kühleinrichtung 10, in welchem das Kühlmedium K zirkulieren kann. Zur Verdeutlichung zeigt die 2 eine Draufsicht auf das Gehäuse 2 mit dem Gehäuseinnenraum 3.How 1 As can be seen, the coolant paths 11 are part of a closed cooling circuit 13 of the cooling device 10, in which the cooling medium K can circulate. For clarification, the shows 2 a top view of the housing 2 with the housing interior 3.

Gemäß den 1 und 2 umfasst die Kühleinrichtung 10 eine erste Kühlzone 14a zum Kühlen der ersten Leistungselektronik 6, eine zweite Kühlzone 14b zum Kühlen der zweiten Leistungselektronik 7 und eine dritte Kühlzone 14c zum Kühlen des Resonators 5. Alle drei Kühlzonen 14a, 14b, 14c sind im Kühlkreislauf 13 angeordnet. In Varianten sind auch Konfigurationen mit nur zwei der Kühlzonen 14a, 14b, 14c denkbar, die fluidisch parallel oder seriell miteinander verschaltet sind. Ebenfalls denkbar sind auch Konfigurationen mit vier oder mehr Kühlzonen vorgesehen sein.According to the 1 and 2 The cooling device 10 includes a first cooling zone 14a for cooling the first power electronics 6, a second cooling zone 14b for cooling the second power electronics 7 and a third cooling zone 14c for cooling the resonator 5. All three cooling zones 14a, 14b, 14c are arranged in the cooling circuit 13. In variants, configurations with only two of the cooling zones 14a, 14b, 14c, which are fluidically connected to one another in parallel or in series, are also conceivable. Configurations with four or more cooling zones are also conceivable.

Die Kühleinrichtung 10 weist außerdem eine im Gehäuseinnenraum 3 angeordnete Rückkühlzone 12 auf. In der Rückkühlzone 12 sind Luftpfade 18 ausgebildet, welche von Luft L aus der äußeren Umgebung 19 des Gehäuses 2 bzw. der Induktionsladeeinrichtung 1 durchströmt werden kann. In der Rückkühlzone 12 ist ein von dieser Luft L und dem Kühlmedium K fluidisch getrennt zueinander durchströmbarer Wärmeübertrager 20 angeordnet. Somit kann in dem Wärmeübertrager 20 von dem Kühlmedium K transportierte Abwärme auf die Luft L übertragen werden und auf diese Weise aus dem Kühlkreislauf 13 abgeführt werden.The cooling device 10 also has a re-cooling zone 12 arranged in the housing interior 3. Air paths 18 are formed in the recooling zone 12, through which air L from the external environment 19 of the housing 2 or the induction charging device 1 can flow. A heat exchanger 20 through which this air L and the cooling medium K can flow fluidly separately from one another is arranged in the recooling zone 12. Thus, waste heat transported by the cooling medium K in the heat exchanger 20 can be transferred to the air L and in this way removed from the cooling circuit 13.

Anhand der 3 bis 5 werden nun verschiedene fluidische Verschaltungsvarianten der drei Kühlzonen 14a, 14b, 14c im Kühlkreislauf 13 erläutert. Im Beispiel der 3 sind die drei Kühlzonen 14a, 14b, 14c mit den Kühlmittelpfaden 11 fluidisch seriell miteinander verschaltet im Kühlkreislauf 13 angeordnet. Dabei ist die erste Kühlzone 14a zur Kühlung der ersten Leistungselektronik 6 wie gezeigt stromauf der zweiten und dritten Kühlzone 14b, 14c und die zweite Kühlzone 14b zur Kühlung der zweiten Leistungselektronik 7 stromauf der dritten Kühlzone 14c zur Kühlung des Resonators 5 im Kühlkreislauf 13 angeordnet sein. Im Beispiel der 3 wird also beim Durchströmen des Kühlkreislaufs 13 von dem Kühlmedium K zunächst von der im Betrieb typischerweise besonders viel Abwärme erzeugenden ersten Leistungselektronik 6 Wärme aufgenommen und erst danach von dem im Vergleich zur ersten Leistungselektronik 6 weniger Abwärme erzeugenden zweiten Leistungselektronik 7 sowie von dem im Vergleich zur ersten Leistungselektronik 6 ebenfalls weniger Abwärme erzeugenden Resonator 5.Based on 3 until 5 Various fluidic connection variants of the three cooling zones 14a, 14b, 14c in the cooling circuit 13 will now be explained. In the example of 3 the three cooling zones 14a, 14b, 14c with the coolant paths 11 are fluidically connected to one another in series in the cooling circuit 13. The first cooling zone 14a for cooling the first power electronics 6, as shown, is arranged upstream of the second and third cooling zones 14b, 14c and the second cooling zone 14b for cooling the second power electronics 7 is arranged upstream of the third cooling zone 14c for cooling the resonator 5 in the cooling circuit 13. In the example of 3 When the cooling medium K flows through the cooling circuit 13, heat is first absorbed by the first power electronics 6, which typically generates a lot of waste heat during operation, and only then by the second power electronics 7, which generates less waste heat compared to the first power electronics 6, and by the second power electronics 7 compared to the first Power electronics 6 also generates less waste heat resonator 5.

Im Unterschied zur 3 zeigt die 4 eine Variante, bei welcher die drei Kühlzonen 14a, 14b, 14c fluidisch parallel miteinander verschaltet im Kühlkreislauf 13 angeordnet sind. Bei dieser Variante wird das Kühlmedium K auf die drei Kühlzonen 14a, 14b, 14c aufgeteilt. Durch entsprechende Ausgestaltung eines Querschnitts des Kühlmittelpfad 11 in der jeweiligen Kühlzone 14a, 14b, 14c kann die Verteilung des Kühlmediums K auf die drei Kühlzonen 14a, 14b, 14c gezielt beeinflusst und eingestellt werden. Auf diese Weise können die drei Kühlzonen 14a, 14b, 14c insbesondere unterschiedlich stark gekühlt werden. Derselbe Effekt kann prinzipiell durchs Bereitstellung einer Ventileinrichtung (nicht gezeigt) erreicht werden, mittels welcher eine gezielte Aufteilung des Kühlmedium-Stromes auf zwei oder drei Kühlzonen eingestellt werden kann. Dadurch ist es möglich, die Aufteilung der beiden Teilströme auf die Kühlzonen 14a, 14b, 14c und somit auf die Komponenten 4 der Induktionsladeeinrichtung in Abhängigkeit von der Menge an jeweils erzeugter Abwärme aufzuteilen. Auf diese Weise kann die Wärmeaufnahme von besagten Komponenten 4, insbesondere wenn diese unterschiedlich viel Abwärme abgeben, optimiert werden.In contrast to 3 show the 4 a variant in which the three cooling zones 14a, 14b, 14c are arranged fluidly connected in parallel to one another in the cooling circuit 13. In this variant, the cooling medium K is divided into the three cooling zones 14a, 14b, 14c. By appropriately designing a cross section of the coolant path 11 in the respective cooling zone 14a, 14b, 14c, the distribution of the cooling medium K to the three cooling zones 14a, 14b, 14c can be specifically influenced and adjusted. In this way, the three cooling zones 14a, 14b, 14c can in particular be cooled to different degrees. The same effect can in principle be achieved by providing a valve device (not shown), by means of which a targeted distribution of the cooling medium flow can be set between two or three cooling zones. This makes it possible to divide the two partial flows between the cooling zones 14a, 14b, 14c and thus between the components 4 of the induction charging device depending on the amount of waste heat generated in each case. In this way, the heat absorption of said components 4 can be optimized, especially if they release different amounts of waste heat.

In einer in 5 illustrierten Variante ist die fluidische Reihenschaltung der 3 mit der fluidischen Parallelschaltung der 4 kombiniert. Im Beispiel der 5 sind die zweite Kühlzone 14b zum Kühlen der zweiten Leistungselektronik 7 und die dritte Kühlzone 14c zum Kühlen des Resonators 5 fluidisch parallel miteinander verschaltet. Außerdem ist die erste Kühlzone 14a fluidisch in Reihe mit der zweiten und dritten Kühlzone 14b, 14c verschaltet.In an in 5 The illustrated variant is the fluidic series connection 3 with the fluidic parallel connection of the 4 combined. In the example of 5 the second cooling zone 14b for cooling the second power electronics 7 and the third cooling zone 14c for cooling the resonator 5 are fluidly connected to one another in parallel. Except The first cooling zone 14a is fluidly connected in series with the second and third cooling zones 14b, 14c.

Die 5 veranschaulicht außerdem, dass die erste Kühlzone 14a stromauf der zweiten und dritten Kühlzone 14b, 14c im Kühlkreislauf 13 angeordnet ist. Auf diese Weise wird eine besonders wirksame Kühlung der drei Komponenten 4 sichergestellt, da das gesamte aus der Rückkühlzone 12 kommende Kühlmedium K zunächst die erste Kühlzone 14a zum Kühlen der vergleichsweise viel Abwärme erzeugenden ersten Leistungselektronik 6 durchströmt. Erst anschließend wird das Kühlmedium K auf die zweite und dritte Kühlzone 14 b, 14c verteilt, um dort von den im Vergleich zur ersten Leistungselektronik 6 jeweils weniger Abwärme erzeugenden Komponenten 4, also von dem Resonator 5 und von der zweiten Leistungselektronik 7, weitere Abwärme aufzunehmen. Auch im Beispiel der 5 ist es möglich, durch entsprechende Gestaltung des Kühlmittelpfades 11 oder durch Bereitstellung einer Ventileinrichtung (nicht gezeigt) zwischen den beiden parallel verschalteten Kühlzonen 14b und 14c eine geeignete Aufteilung des Kühlmittelstromes vorzunehmen, um in den beiden Kühlzonen 14b und 14c jeweils erzeugte Kühlleistung auf die vorhandenen Abwärme-Mengen der mit der Kühlzone 14b korrespondierenden zweiten Leistungselektronik 7 bzw. des mit der Kühlzone 14c korrespondierenden Resonators 5 abzustimmen.The 5 also illustrates that the first cooling zone 14a is arranged upstream of the second and third cooling zones 14b, 14c in the cooling circuit 13. In this way, a particularly effective cooling of the three components 4 is ensured, since the entire cooling medium K coming from the recooling zone 12 initially flows through the first cooling zone 14a for cooling the first power electronics 6, which generates a comparatively large amount of waste heat. Only then is the cooling medium K distributed to the second and third cooling zones 14 b, 14 c in order to absorb further waste heat there from the components 4 that generate less waste heat compared to the first power electronics 6, i.e. from the resonator 5 and from the second power electronics 7 . Also in the example of 5 It is possible to carry out a suitable division of the coolant flow by appropriately designing the coolant path 11 or by providing a valve device (not shown) between the two parallel-connected cooling zones 14b and 14c in order to transfer the cooling power generated in the two cooling zones 14b and 14c to the existing waste heat -To coordinate the quantities of the second power electronics 7 corresponding to the cooling zone 14b or of the resonator 5 corresponding to the cooling zone 14c.

Sowohl im Beispiel der 3 als auch in jenen der 4 und 5 ist die Rückkühlzone 12 fluidisch in Reihe zu den drei Kühlzonen 14a, 14b, 14c im Kühlkreislauf 13 angeordnet. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass das Kühlmedium K bei jeder einzelnen Zirkulation im Kühlkreislauf 13 auch durch die Rückkühlzone 12 strömt und dort die in den Kühlzonen 14a, 14b, 14c aufgenommene Abwärme wieder an die Luft L abgeben kann (vgl. hierzu auch 2).Both in the example of 3 as well as in those of 4 and 5 the recooling zone 12 is fluidly arranged in series with the three cooling zones 14a, 14b, 14c in the cooling circuit 13. In this way it is ensured that the cooling medium K also flows through the re-cooling zone 12 during each individual circulation in the cooling circuit 13 and can release the waste heat absorbed in the cooling zones 14a, 14b, 14c back into the air L (see also 2 ).

Im Beispiel der 4 und 5 können eine oder mehrere Ventileinrichtungen (nicht gezeigt) vorgesehen sein, mittels welcher die Verteilung des Kühlmediums K auf wenigstens zwei, vorzugsweise alle drei, der Kühlzonen 14a, 14b, 14c eingestellt werden kann.In the example of 4 and 5 One or more valve devices (not shown) can be provided, by means of which the distribution of the cooling medium K to at least two, preferably all three, of the cooling zones 14a, 14b, 14c can be adjusted.

Unabhängig von den voranstehend anhand der 3 bis 5 erläuterten möglichen fluidischen Verschaltungsvarianten der drei Kühlzonen 14a, 14b, 14c kann in jeder der drei Kühlzonen 14a, 14b, 14c wenigstens ein von dem Kühlmedium K durchströmbares und exemplarisch in der 6 dargestellte Kühlelement 16 der Kühleinrichtung 10 angeordnet sein. Von diesem Kühlelement 16 bzw. in diesem Kühlelement 16 kann die von der jeweiligen Abwärme erzeugenden Komponente 4, also dem Resonator 5, der ersten Leistungselektronik 6 und der zweiten Leistungselektronik 7 erzeugte Abwärme aufgenommen und auf das Kühlmedium K übertragen werden.Regardless of the above based on the 3 until 5 According to the possible fluidic connection variants of the three cooling zones 14a, 14b, 14c explained, in each of the three cooling zones 14a, 14b, 14c at least one through which the cooling medium K can flow and, for example, in the 6 shown cooling element 16 of the cooling device 10 may be arranged. The waste heat generated by the respective waste heat generating component 4, i.e. the resonator 5, the first power electronics 6 and the second power electronics 7, can be absorbed by this cooling element 16 or in this cooling element 16 and transferred to the cooling medium K.

Wie 6 veranschaulicht, kann ein solches Kühlelement 16 ein Gehäuseteil 8 in Form eines Gehäusebodens 9 sein, in welchem eine von dem Kühlmedium K durchströmbare Kanalstruktur 17 mit einem oder mehreren Kühlkanälen 21 ausgebildet ist. Der Gehäuseboden 9 kann von einem ebenfalls plattenartig ausgebildeten Gehäusedeckel 22 fluiddicht verschlossen sein. Auf dem Kühlelement 16 kann der Resonator 5, die erste Leistungselektronik 6 bzw. die zweite Leistungselektronik 7 als jeweils Abwärme erzeugende Komponente 4 der Induktionsladeeinrichtung 1 angeordnet und thermisch mit dieser Komponente 4 verbunden (in 6 nicht gezeigt) sein. Dadurch kann die von der betreffenden Komponente 4 erzeugte Abwärme an das durch die Kanalstruktur 17 geführte Kühlmedium K übertragen werden. Das Gehäuseteil 8 kann insbesondere Teil des separaten Komponentengehäuses 2a, 2b, 2c oder des gemeinsamen Gehäuses 2 der Komponenten 4 sein.How 6 illustrated, such a cooling element 16 can be a housing part 8 in the form of a housing base 9, in which a channel structure 17 through which the cooling medium K can flow is formed with one or more cooling channels 21. The housing base 9 can be closed in a fluid-tight manner by a housing cover 22 which is also designed like a plate. The resonator 5, the first power electronics 6 and the second power electronics 7 can be arranged on the cooling element 16 as a waste heat-generating component 4 of the induction charging device 1 and thermally connected to this component 4 (in 6 not shown). As a result, the waste heat generated by the relevant component 4 can be transferred to the cooling medium K guided through the channel structure 17. The housing part 8 can in particular be part of the separate component housing 2a, 2b, 2c or the common housing 2 of the components 4.

Die 7 zeigt schaltplanartig eine weitere Konfiguration der Kühleinrichtung 10. Bei dieser Variante umfasst der Kühlkreislauf 13 eine erste Kühlzone 14a zum gemeinsamen Kühlen des aktiven Gleichrichters 30 der ersten Leistungselektronik 6 und des aktiven Wechselrichters 31 der zweiten Leistungselektronik 7. Ein zweite Kühlzone 14b dient zum Kühlen der Blindleistungskompensation 33 der zweiten Leistungselektronik 7 und der Filterelemente 32 der ersten Leistungselektronik 6. Eine dritte Kühlzone 14c ist zum Kühlen des Resonators 5, eingerichtet. Somit sind bei dieser Konfiguration die besonders viel Abwärme erzeugenden Komponenten 4, also der Gleichrichter 30 und der Wechselrichter 31, in der ersten Kühlzone 14a zusammengefasst, und die weniger Abwärme erzeugenden Komponenten, also zum Kühlen der Filterelemente 32 der ersten Leistungselektronik 6 und der Blindleistungskompensation 33, in einer von der ersten Kühlzone 14b individuell mit Kühlleistung versorgbaren zweiten Kühlzone 14a zusammengefasst.The 7 shows, in circuit diagram form, a further configuration of the cooling device 10. In this variant, the cooling circuit 13 includes a first cooling zone 14a for jointly cooling the active rectifier 30 of the first power electronics 6 and the active inverter 31 of the second power electronics 7. A second cooling zone 14b is used to cool the reactive power compensation 33 of the second power electronics 7 and the filter elements 32 of the first power electronics 6. A third cooling zone 14c is set up to cool the resonator 5. Thus, in this configuration, the components 4 that generate a particularly large amount of waste heat, i.e. the rectifier 30 and the inverter 31, are combined in the first cooling zone 14a, and the components that generate less waste heat, i.e. for cooling the filter elements 32 of the first power electronics 6 and the reactive power compensation 33 , combined in a second cooling zone 14a which can be individually supplied with cooling power by the first cooling zone 14b.

Die voranstehend vorgestellte Induktionsladeeinrichtung 1 kann Teil eines Fahrzeugladesystems sein, welches zusätzlich zur stationären Induktionsladeeinrichtung 1 auch eine induktiv mit der stationären Induktionsladeeinrichtung 1 koppelbare mobile Induktionsladeeinrichtung (nicht gezeigt) umfassen kann, die zum Einbau in ein Fahrzeug ausgebildet ist.The induction charging device 1 presented above can be part of a vehicle charging system, which, in addition to the stationary induction charging device 1, can also include a mobile induction charging device (not shown) that can be inductively coupled to the stationary induction charging device 1 and is designed for installation in a vehicle.

Claims

Stationary induction charging device (1) for a vehicle charging system, - with a housing (2) at least partially surrounding a housing interior (3), - with first power electronics (6) arranged in the housing interior (3), which comprises an active rectifier (30) for converting an electrical alternating voltage supplied to the induction charging device (1) into an electrical direct voltage, - with second power electronics (7) arranged in the housing interior (3) and generating waste heat during operation, which is electrically connected to the first power electronics (6) and an active inverter (31) for converting the electrical output from the first power electronics (7). Direct voltage into an electrical alternating voltage, - with an electrical resonator (5) arranged in the housing interior (3) and generating waste heat during operation for generating an alternating magnetic field, which is electrically connected to the second power electronics (7), - with a cooling device (10) for dissipating the waste heat generated in the housing interior (3) during operation of the induction charging device (1), which comprises at least one coolant path (11) formed in the housing interior (3) and which is supplied by a, preferably liquid, cooling medium (K ) can flow through, from which the waste heat can be absorbed for removal from the housing interior (3).

Induction charging device Claim 1 , characterized in that - the first power electronics (6) comprises a plurality of passive filter elements (32) electrically connected upstream of the active rectifier (30) for processing an electrical alternating voltage provided externally to the induction charging device (1), which generate waste heat during operation, - the second Power electronics (7) comprises a reactive power compensation (33) electrically connected downstream of the active inverter (31) for minimizing the reactive power falling on the resonator, which generates waste heat during operation, - the resonator (5) an impedance matching network (34), comprising at least one electrical Capacitance, for adapting the impedance of at least the first and second power electronics (6, 7) to the impedance of the resonator (5), which generates waste heat during operation.

Induction charging device Claim 1 or 2 , characterized in that the cooling device (10) has a re-cooling zone (12) arranged in the housing interior (3), in which at least one of air (L) from the external environment of the housing (2) and the cooling medium (K) are fluidically separated from one another Flowable heat exchanger (20) is arranged, in which heat can be transferred from the cooling medium (K) to the air (L).

Induction charging device according to one of the Claims 1 until 3 , characterized in that the cooling device (10) comprises a closed coolant circuit (13) formed by the at least one coolant path (11), in which the cooling medium (K) can be circulated or circulated.

Induction charging device according to one of the preceding claims, characterized in that the cooling circuit (13) comprises at least two cooling zones (14a, 14b, 14c) which are fluidly connected to one another in series and/or parallel.

Induction charging device Claim 5 , characterized in that the cooling circuit (13) has a first cooling zone (14a) for cooling the first power electronics (6), a second cooling zone (14b) for cooling the second power electronics (7) and a third cooling zone (14c) for cooling the resonator (5), includes.

Induction charging device Claim 5 or 6 , characterized in that the at least two, preferably three, cooling zones (14a, 14b, 14c) are arranged fluidly connected in parallel to one another in the cooling circuit.

Induction charging device one of the Claims 5 until 7 , characterized in that the at least two, preferably three, cooling zones (14a, 14b, 14c) are arranged fluidically connected to one another in series in the cooling circuit (13).

Induction charging device according to one of the Claims 6 until 8th , characterized in that the first cooling zone (14a) is arranged upstream of the second and third cooling zones (14b, 14c) and the second cooling zone (14b) is arranged upstream of the third cooling zone (14c) in the cooling circuit (13).

Induction charging device according to one of the Claims 6 until 9 , characterized in that - the three cooling zones (14a, 14b, 14c) are fluidly connected to one another in the manner of a combined parallel and series connection, - the second and third cooling zones (14b, 14c) are fluidly connected to one another in parallel and the first cooling zone (14a) is fluidly connected in series with the second and third cooling zones (14b, 14).

Induction charging device according to one of the Claims 6 until 10 , characterized in that the first cooling zone (14a) is arranged upstream of the second and third cooling zones (14b, 14c) in the cooling circuit (13).

Induction charging device according to one of the Claims 7 until 11 , referring back to Claim 5 and 2 , characterized in that - the cooling circuit (13) comprises a first cooling zone (14a) for jointly cooling the active rectifier (30) of the first power electronics (6) and the active inverter (31) of the second power electronics (7), - the cooling circuit (13) a second cooling zone (14b) for cooling the filter elements (32) of the first power electronics (6) and the reactive power compensation of the second power electronics (7), - the cooling circuit (13) a third cooling zone (14c) for cooling the resonator (5 ), includes.

Induction charging device according to one of the Claims 4 until 12 , characterized in that at least one valve device is arranged in the cooling circuit (13), by means of which the distribution of the cooling medium (K) to at least two, preferably all, of the cooling zones (14a, 14b, 14c) can be controlled or regulated.

Induction charging device according to one of the Claims 4 until 13 , characterized in that in at least one of the cooling zones (14a, 14b, 14c) at least one cooling element (16) of the cooling device through which the cooling medium (K) can flow is arranged, from or in which the component (4) generating the respective waste heat , i.e. resonator (5) and/or first power electronics (6) and/or second power electronics (7), waste heat generated can be absorbed and transferred to the cooling medium (K).

Induction charging device Claim 14 , characterized in that - the at least one cooling element (16) comprises or is a housing part (8), preferably a housing plate (9), of the housing (2) or a separate component housing (2a, 2b, 2c), in which one of The channel structure (17) is formed through which the cooling medium (K) can flow and forms part of the coolant path (11), - on the housing part (8) the resonator (5) and/or the first power electronics (6) and/or the second power electronics ( 7) is at least partially arranged as an electrical/electronic component (4) of the induction charging device (1) which generates waste heat and is thermally connected to this component (4), so that the waste heat generated by the component (4) is transferred to the channel structure (17 ) guided cooling medium (K) can be transferred.

Induction charging device according to one of the Claims 3 until 15 , characterized in that the recooling zone (12) is fluidly arranged in series with the cooling zones (14a, 14b, 14c) in the cooling circuit (11).

Vehicle charging system, with a stationary induction charging device (1) according to one of the preceding claims and with a mobile induction charging device which can be inductively coupled or coupled to the stationary induction charging device (1) and which is designed for installation in a vehicle.