WO2012025597A2 - Übertragungssystem zum laden der traktionsbatterien eines elektrisch angetriebenen kraftfahrzeugs und transformatorteil für das übertragungssystem - Google Patents

Übertragungssystem zum laden der traktionsbatterien eines elektrisch angetriebenen kraftfahrzeugs und transformatorteil für das übertragungssystem Download PDF

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Definitions

  • the invention relates to a transmission system for loading the
  • Traction batteries of an electrically driven motor vehicle at a charging station which has an attachable to the motor vehicle coupling device with at least one transformer part, can be transmitted by the electrical energy inductively to a transformer part on the motor vehicle.
  • the invention further relates to the configuration of a transformer part which can be used on the motor vehicle and / or on the charging station.
  • a transformer part formed by, for example, provided with at least one coil winding E-shaped yoke behind a license plate of a motor vehicle.
  • the license plate is located between the transformer parts.
  • the license plate is therefore preferably made of a plastic material.
  • the transformer parts to be connected together are to be positioned as accurately as possible to each other. This can be an automatic
  • License plate of the motor vehicle does not form an exactly flat surface. The latter occurs in particular when the license plate is adapted to the non-planar body shape of a motor vehicle. In these cases, a close attachment of a planar coupling device is not possible, so that no optimal degree of coupling can be achieved.
  • Transformer part has a Ankoppelêt of a flexible plastic material surrounding an electric coil assembly.
  • the flexible design of at least one transformer part ensures that it is closely attachable to the opposite transformer part, whereby a good inductive coupling is achieved and transmission losses are kept low.
  • Transformer part can be a license plate of a flexible
  • Transformer parts refers to both vehicle-side as well as charging station-side transformer parts, as they can be performed in basically the same way.
  • Coil arrangement is arranged safe to touch.
  • a ferrite arrangement is additionally cast or glued into the coupling body.
  • the ferrite assembly may consist of one or more ferrite or ferrite cores. The ferrite arrangement improves the inductive coupling between the
  • the Ankoppel founded can be angled or bent and adapted to the shape of the growing location on the vehicle body or on the charging station.
  • a plastic material can advantageously be used a polyurethane or a silicone material. It is particularly advantageous if the coupling bodies of the charging station and of the motor vehicle are both designed in the same way, ie both each consist of a flexible plastic material and a
  • FIG. 1 shows a simplified schematic illustration of the transmission system
  • FIG. 2 shows a longitudinal section through the vehicle-side coupling body
  • FIG. 3 shows the transmission system in a cross-sectional view.
  • the construction principle of the transmission system according to the invention is outlined in FIG. This consists of two adjoining ones
  • Both transformer parts 2, 7 basically have the same structure and each consist of a coil arrangement 3, 8 and a
  • Plastic material existing Ankoppel stresses 1, 6 are cast.
  • a plastic material for example, a polyurethane or a
  • the coupling bodies 1, 6, are made flexible with the cast-in coil and ferrite arrangements 3, 8, 4, 9 and can thus approach each other when merging to produce an inductive coupling.
  • a license plate 5 is disposed on an outer surface of the vehicle-side transformer part 2, which also consists of a flexible plastic and is arranged when merging the transformer parts 2, 7 between them. Due to the low Thickness of the non-conductive license plate 5, the inductive coupling of the transformer parts 2, 7 is not affected.
  • the ferrite assemblies 4, 9 in the transformer parts 2, 7 are arrays of platelet- or yoke-like formed ferrites, which on the one hand cause a good magnetic coupling between the transformer parts 2, 7 and on the other hand shield magnetic interference fields to the outside.
  • FIG. 2 shows a longitudinal section through the vehicle-side
  • Transformer part 2 Shown is the coil assembly 3, which is placed in the form of a rectangular spiral over the entire surface of the transformer part 2 and in the Ankoppelpian 1, except for the lead-out leads 10, is completely poured. Recognizable are also sections of a
  • Ferrite 4 which, as shown in Figure 3 more clearly form yokes with an E-shaped cross-section.
  • the ferrite 9 of the charging station is constructed symmetrically, and thus also has an E-shaped yoke.
  • the illustrated E-form of the ferrite assemblies 4, 9 is of course purely exemplary and can be adjusted to optimize the inductive coupling and the magnetic shield.
  • the transmission system described here only schematically functions as follows: to charge the traction batteries, the driver drives an electrically driven motor vehicle to a charging station and adds the
  • the transformer part 7 of the charging station now transmits to load the
  • vehicle-side transformer part 2 to, for example, a preselected Energy amount was delivered to the motor vehicle, or a decrease in the charging current signals that the traction batteries are sufficiently charged again.
  • the charging process ends with the manual or

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Abstract

Beschrieben wird ein Übertragungssystem zum Laden der Traktionsbatterien eines elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugs an einer Ladestation, die eine an das Kraftfahrzeug anfügbare Ankoppelvorrichtung mit mindestens einem Transformatorteil aufweist, durch das elektrische Energie induktiv auf ein Transformatorteil am Kraftfahrzeug übertragen werden kann, wobei das fahrzeugseitige Transformatorteil und/oder das ladestationsseitige Transformatorteil einen Ankoppelkörper aus einem flexiblen Kunststoffmaterial aufweist, der eine elektrische Spulenanordnung umgibt. Vorgeschlagen wird außerdem ein vorteilhafter Aufbau eines Transformatorteils für das Übertragungssystem.

Description

Übertragungssystem zum Laden der Traktionsbatterien eines elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugs und Transformatorteil für das
Übertragungssystem Die Erfindung betrifft ein Übertragungssystem zum Laden der
Traktionsbatterien eines elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugs an einer Ladestation, die eine an das Kraftfahrzeug anfügbare Ankoppelvorrichtung mit mindestens einem Transformatorteil aufweist, durch das elektrische Energie induktiv auf ein Transformatorteil am Kraftfahrzeug übertragen werden kann. Die Erfindung betrifft des weiteren die Ausgestaltung eines am Kraftfahrzeug und/oder an der Ladestation verwendbaren Transformatorteils.
Ein derartiges Übertragungssystem ist in der nicht vorveröffentlichten
Patentanmeldung DE 10 2010 022 740 beschrieben. Darin wird
vorgeschlagen, ein Transformatorteil, ausgebildet durch beispielsweise ein mit wenigstens einer Spulenwicklung versehenes E-förmiges Joch hinter einem Kennzeichenschild eines Kraftfahrzeugs anzuordnen. Durch Heranführen des Kraftfahrzeugs an ein gleichartig ausgebildetes Transformatorteil an einer Ladestation ergänzen sich die Transformatorteile zu einem vollständigen Transformator, über den elektrische Energie von der Ladestation auf das
Kraftfahrzeug zum Laden von Traktionsbatterien übertragen werden kann. Bei der vorgeschlagenen Anordnung befindet sich das Kennzeichenschild zwischen den Transformatorteilen. Das Kennzeichenschild besteht daher vorzugsweise aus einem Kunststoffmaterial.
Um eine möglichst verlustarme Kopplung der Transformatorteile zu erreichen, sind die miteinander zu verbindenden Transformatorteile möglichst exakt zueinander zu positionieren. Hierzu kann eine automatische
Positioniervorrichtung an der Ladestation vorgesehen sein, welche
beispielsweise mit Hilfe einer Kamera die Koppelflächen der Transformatorteile zueinander führt. Dies erfordert allerdings einen relativ aufwendigen Aufbau der Ladestation.
Hierbei können sich zudem Probleme ergeben, wenn beispielsweise das Kraftfahrzeug ungünstig zur Ladestation positioniert ist oder wenn das
Kennzeichenschild des Kraftfahrzeugs keine exakt ebene Fläche ausbildet. Letzteres tritt insbesondere dann auf, wenn das Kennzeichenschild an die nicht ebene Karosserieform eines Kraftfahrzeug angepasst ist. In diesen Fällen ist ein nahes Anfügen einer ebenen Ankoppelvorrichtung nicht möglich, so dass kein optimaler Kopplungsgrad erreicht werden kann.
Es stellte sich daher die Aufgabe, ein Übertragungssystem zum Laden der Traktionsbatterien eines elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugs zu schaffen, das möglichst einfach aufgebaut ist und das eine gute induktive Kopplung zwischen dem Kraftfahrzeug und der Ladestation sicherstellt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das
fahrzeugseitige Transformatorteil und/oder das ladestationsseitige
Transformatorteil einen Ankoppelkörper aus einem flexiblen Kunststoffmaterial aufweist, der eine elektrische Spulenanordnung umgibt.
Die flexible Ausgestaltung wenigstens eines Transformatorteils stellt sicher, dass dieses eng an das gegenüberliegende Transformatorteil anfügbar ist, wodurch eine gute induktive Kopplung erzielt wird und Übertragungsverluste gering gehalten werden.
Mit einer Außenfläche eines flexibel ausgeführten fahrzeugseitigen
Transformatorteils kann ein Kennzeichenschild aus einem flexiblen
Kunststoffmaterial verbunden sein, da sich dieses zusammen mit dem flexiblen fahrzeugseitigen Transformatorteil dicht an das Transformatorteil der Ladestation anlegt und dadurch die induktive Ankopplung nicht beeinträchtigt. Die folgende Beschreibung einer vorteilhaften Ausgestaltung von
Transformatorteilen bezieht sich sowohl auf fahrzeugseitige wie auch auf ladestationsseitige Transformatorteile, da diese auf grundsätzlich gleiche Weise ausgeführt sein können.
So ist es vorteilhaft, wenn eine elektrische Spulenanordnung, bis auf die Zuleitungen, vollständig in den Ankoppelkörper eines Transformatorteils, etwa durch Eingießen oder Einkleben, eingekapselt ist, wodurch die
Spulenanordnung berührungssicher angeordnet ist.
Ebenfalls vorteilhaft ist es, wenn in den Ankoppelkörper zusätzlich eine Ferritanordnung eingegossen oder eingeklebt ist. Die Ferritanordnung kann aus einem oder aus mehreren Ferritplättchen oder Ferritkernen bestehen. Die Ferritanordnung verbessert die induktive Kopplung zwischen den
Transformatorteilen und ermöglicht es zudem, Störfelder nach außen abzuschirmen.
Durch die flexible Ausführung kann der Ankoppelkörper abgewinkelt oder gebogen und so an die Form des Anbauortes an der Fahrzeugkarosserie oder an der Ladestation angepasst werden.
Vorteilhaft ist es, wenn das Kunststoffmaterial aus dem der Ankoppelkörper besteht hochisolierend, temperaturbeständig und dauerhaft flexibel ist.
Hochisolierend bedeutet hierbei, dass zumindest bei den in den
Transformatorteilen auftretenden elektrischen Spannungswerten auf den Außenflächen der Ankoppelkörper keine gefährlichen Berührspannungen entstehen. Als Kunststoffmaterial kann vorteilhaft ein Polyurethan- oder ein Silikonmaterial eingesetzt werden. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Ankoppelkörper der Ladestation und des Kraftfahrzeugs beide auf die gleiche Weise ausgebildet sind, also beide jeweils aus einem flexiblen Kunststoffmaterial bestehen und eine
eingegossene Spulenanordnung aufweisen.
Nachfolgend soll das erfindungsgemäße Übertragungssystem anhand der Zeichnung dargestellt und näher erläutert werden. Die Figur 1 zeigt eine vereinfachte Prinzipdarstellung des Übertragungssystem; die Figur 2 zeigt einen Längsschnitt durch den fahrzeugseitigen Ankoppelkörper und die Figur 3 stellt das Übertragungssystem in einer Querschnittsansicht dar. Das Aufbauprinzip des erfindungsgemäßen Übertragungssystems ist in der Figur 1 skizziert. Dieses besteht aus zwei aneinander anfügbaren
Transformatorteilen 2, 7, wobei ein Transformatorteil 7 zu einer hier nicht dargestellten Ladestation gehört und das andere Transformatorteil 2 ein Bestandteil eines elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeug ist, welches hier ebenfalls nicht im Detail erläutert werden soll.
Beide Transformatorteile 2, 7 weisen grundsätzlich den gleichen Aufbau auf und bestehen aus jeweils einer Spulenanordnung 3, 8 und einer
Ferritanordnung 4, 9, die in jeweils einen aus einem flexiblen
Kunststoffmaterial bestehenden Ankoppelkörper 1 , 6 eingegossen sind. Als Kunststoffmaterial kann beispielsweise ein Polyurethan- oder ein
Silikonmaterial vorgesehen sein. Wie die gebogene Form der Ankoppelkörper 1 , 6 andeutet, sind diese mit den eingegossen Spulen- und Ferritanordnungen 3, 8, 4, 9 biegsam ausgebildet und können sich so beim Zusammenführen zur Herstellung einer induktiven Kopplung dicht aneinander annähern.
Wie die Figur 1 weiter zeigt, ist an einer Außenfläche des fahrzeugseitigen Transformatorteils 2 ein Kennzeichenschild 5 angeordnet, welches ebenfalls aus einem biegsamen Kunststoff besteht und beim Zusammenführen der Transformatorteile 2, 7 zwischen diesen angeordnet ist. Aufgrund der geringen Dicke des nichtleitenden Kennzeichenschildes 5 wird die induktive Kopplung der Transformatorteile 2, 7 dabei nicht beeinträchtigt.
Die Ferritanordnungen 4, 9 in den Transformatorteilen 2, 7 sind Anreihungen plättchen- oder jochartig ausgebildeter Ferrite, welche einerseits eine gute magnetische Kopplung zwischen den Transformatorteilen 2, 7 bewirken und andererseits magnetische Störfelder nach außen abschirmen.
Die Figur 2 zeigt einen Längsschnitt durch das fahrzeugseitige
Transformatorteil 2. Dargestellt ist die Spulenanordnung 3, die in Form einer rechteckigen Spirale über die gesamte Fläche des Transformatorteils 2 gelegt ist und die in den Ankoppelkörper 1 , bis auf die herausgeführten Zuleitungen 10, vollständig eingegossen ist. Erkennbar sind auch Abschnitte einer
Ferritanordnung 4, die, wie die der Figur 3 deutlicher zeigt, Joche mit einem E- förmigen Querschnitt ausbilden. Die Ferritanordnung 9 der Ladestation ist dazu symmetrisch aufgebaut, und weist somit ebenfalls ein E-förmiges Joch auf. Die dargestellte E-Form der Ferritanordnungen 4, 9 ist selbstverständlich rein beispielhaft und kann zur Optimierung der induktiven Kopplung und der magnetischen Abschirmung beliebig angepasst werden.
Das hier nur schematisch beschriebene Übertragungssystem funktioniert wie folgt: zum Laden der Traktionsbatterien fährt der Fahrer eines elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugs an eine Ladestation heran und fügt die
Transformatorteile 2, 7 des Kraftfahrzeugs und der Ladestation zusammen. Die flexible Ausgestaltung der Ankoppelkörper 1 , 6 bewirkt dabei einen
Toleranzausgleich bezüglich Winkelstellung und Abstand der
Transformatorteile 2, 7.
Das Transformatorteil 7 der Ladestation überträgt nun zum Laden der
Traktionsbatterien auf induktivem Weg elektrische Energie auf das
fahrzeugseitige Transformatorteil 2, bis beispielsweise ein vorgewählter Energiebetrag an das Kraftfahrzeug abgegeben wurde, oder ein Absinken des Ladestroms signalisiert, dass die Traktionsbatterien wieder ausreichend aufgeladen sind. Der Ladevorgang endet mit dem manuellen oder
automatischen Trennen der Transformatorteile 2, 7.
Bezugszeichen
1 Ankoppelkörper (fahrzeugseitig)
2 Transformatorteil (fahrzeugseitig)
3 Spulenanordnung (fahrzeugseitig)
4 Ferritanordnung (fahrzeugseitig)
5 Kennzeichenschild
6 Ankoppelkörper (ladestationsseitig)
7 Transformatorteil (ladestationsseitig)
8 Spulenanordnung (ladestationsseitig)
9 Ferritanordnung (ladestationsseitig)
10 Zuleitungen

Claims

Patentansprüche
1 . Übertragungssystem zum Laden der Traktionsbatterien eines elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugs an einer Ladestation, die eine an das
Kraftfahrzeug anfügbare Ankoppelvorrichtung mit mindestens einem
Transformatorteil aufweist, durch das elektrische Energie induktiv auf ein Transformatorteil am Kraftfahrzeug übertragen werden kann, dadurch gekennzeichnet, dass das fahrzeugseitige Transformatorteil (2) und/oder das
ladestationsseitige Transformatorteil (7) einen Ankoppelkörper (1 , 6) aus einem flexiblen Kunststoffmaterial aufweist, der eine elektrische
Spulenanordnung (3, 8) umgibt.
2. Übertragungssystem nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das fahrzeugseitige Transformatorteil (2) hinter dem Kennzeichenschild (5) des Kraftfahrzeugs angeordnet ist.
3. Übertragungssystem nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Kennzeichenschild (5) aus einem flexiblen Kunststoff besteht und an dem fahrzeugseitigen Ankoppelkörper (1 ) anliegt oder mit diesem verbunden ist.
4. Transformatorteil für ein Übertragungssystem nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Spulenanordnung (3, 8) in den Ankoppelkörper (1 , 6) eingegossen oder eingeklebt ist.
5. Transformatorteil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass in den Ankoppelkörper (1 , 6) eine Ferritanordnung (4, 9) eingegossen oder eingeklebt ist.
Transformatorteil für ein Übertragungssystem nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Ankoppelkörper (1 ,
6) aus einem
hochisolierenden, temperaturbeständigen und dauerhaft flexiblen Kunststoffmaterial besteht.
7. Transformatorteil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Kunststoffmaterial ein Polyurethan- oder ein Silikonmaterial ist.
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