WO2014118182A1 - Elektrische einrichtung zum vorwärmen eines antriebsmotors eines kraftfahrzeugs und/oder zum vorklimatisieren eines fahrzeuginnenraums im stillstand des kraftfahrzeugs - Google Patents

Elektrische einrichtung zum vorwärmen eines antriebsmotors eines kraftfahrzeugs und/oder zum vorklimatisieren eines fahrzeuginnenraums im stillstand des kraftfahrzeugs Download PDF

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Peter Geppert
Marc Wiegand
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Leopold Kostal Gmbh & Co Kg
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Definitions

  • the invention relates to an electrical device for preheating a drive motor of a motor vehicle and / or for preclimatization of a vehicle interior when the motor vehicle is at a standstill, wherein the time required for the operation of the device electrical energy from a stationary
  • Supply station is transmitted by means of an electrical coupling device to the motor vehicle.
  • Vehicle interior of a motor vehicle at a standstill in which the residual heat remaining in the vehicle of a heat source and residual cold of a cold source is used.
  • connection cable Remove connection cable and it is pulled along over long distances. In addition, the insertion and removal of the cable is associated with effort.
  • the object of the invention is therefore to provide an electrical device for
  • Vorflimat is a vehicle interior at a standstill of the motor vehicle in such a way that the transmission of the electrical energy required for their operation can be done safely and conveniently.
  • Coupling device is designed as an inductive transmission device comprising a vehicle-side electrical winding and a supply station side, a stationary electrical winding coupling device comprising which is attachable to the vehicle-side electrical winding so that the two electrical windings form a transformer.
  • the electrical energy is in the inventive device from the an AC or three-phase supply network
  • the stationary electrical winding of the supply station and the vehicle-side electrical winding together form a transformer, wherein the stationary electrical winding, the function of the primary winding and the vehicle-side electrical winding, the function of the secondary winding of the transformer fulfill.
  • the electrical windings can be embodied, for example, as air coils and / or as coils with a magnetic core, the shape and cross section of both the coils and the cores which may be present being connected to the respective ones
  • Connector is manufactured manually, provides an inductive
  • vehicle-side transformer part is arranged behind the front or the rear license plate, thus the Anhydrgesmaschine for the coupling device of the supply station is to be located immediately.
  • the license plate consists either completely or for the most part of an electrically non-conductive or poorly conductive material, as this eddy current losses in the inductive energy transfer can be kept low.
  • the license plate is made of a plastic material, but also the use of other electrically or only slightly conductive materials or material combinations as a material in question.
  • the coupling device with the stationary electric winding of the supply station need only be applied from the outside to the license plate to be inductively connected to the vehicle-side electrical winding. Since the transformer parts formed by the electrical windings are then separated only by the relatively thin-walled license plate, the energy transfer can be done with a very good efficiency.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a first embodiment of an inventive electrical device provided for preheating both the drive motor and the vehicle interior
  • a motor vehicle 2 is shown schematically, which is in front of a provided for providing electrical energy supply station 3.
  • a mirror 12 is attached to this.
  • the electrical device according to the invention is used in the embodiment shown here for preheating the drive motor 1, in particular an internal combustion engine of
  • the inductive transmission device has a vehicle-side electrical winding 4 and a supply station-side, stationary electrical winding 5.
  • the supply station side, stationary electrical winding 5 is part of a coupling device 6, which is appendable to the vehicle-side electrical winding 4, that the two electrical windings 4, 5 form a transformer.
  • the stationary electrical winding 5 take over the function of the primary winding and the
  • vehicle-side electrical winding 4 the function of the secondary winding of the transformer.
  • the vehicle-side electrical winding 4 is arranged behind a license plate 4 'of the motor vehicle 2, which completely or at least for the most part of an electrically non-conductive or poorly conductive material, such as plastic.
  • the vehicle-side electrical winding 4 is electrically connected to a
  • the cooling water preheater 7 essentially comprises a type of immersion heater, which heats the cooling fluid by means of electric current.
  • the preheated cooling liquid is passed through convection via the drive motor 1 in the radiator 8.
  • the vehicle-side electrical winding 4 is further electrically connected to a rectifier 9, which rectifies the AC output voltage of the transformer, and with its DC output voltage
  • FIG. 2 a motor vehicle 2 is shown with a second embodiment of an electrical device according to the invention, which is provided for pre-cooling of the vehicle interior. Since the electrical device according to the invention in the embodiment shown here in many details identical to that described above, only the deviating elements are explained here.
  • Winding 4 is also electrically connected, as in the embodiment described above, to a rectifier 9 which rectifies the AC output voltage of the transformer.
  • the output DC voltage of the rectifier 9 supplies here an air conditioner 1 1 with electrical energy, which is provided for pre-cooling of the vehicle interior at a standstill of the motor vehicle.

Abstract

Eine elektrische Einrichtung zum Vorwärmen eines Antriebsmotors eines Kraftfahrzeugs und/oder zum Vorklimatisieren eines Fahrzeuginnenraums im Stillstand des Kraftfahrzeugs (2) ist beschrieben, wobei die zum Betrieb der Einrichtung erforderliche elektrische Energie von einer ortsfesten Versorgungsstation (3) mittels einer elektrischen Kopplungsvorrichtung (6) zum Kraftfahrzeug (2) hin übertragen wird, wobei die elektrische Kopplungsvorrichtung (6) als induktive Übertragungsvorrichtung ausgebildet ist, die eine fahrzeugseitige elektrische Wicklung (4) und eine versorgungsstationsseitige, eine stationäre elektrische Wicklung (5) umfassende Ankoppelvorrichtung aufweist, die so an die fahrzeugseitige elektrische Wicklung anfügbar ist, dass die beiden elektrischen Wicklungen einen Transformator ausbilden.

Description

Elektrische Einrichtung zum Vorwärmen eines Antriebsmotors eines Kraftfahrzeugs und/oder zum Vorklimatisieren eines Fahrzeuginnenraums im Stillstand des Kraftfahrzeugs Die Erfindung betrifft eine elektrische Einrichtung zum Vorwärmen eines Antriebsmotors eines Kraftfahrzeugs und/oder zum Vorklimatisieren eines Fahrzeuginnenraums im Stillstand des Kraftfahrzeugs, wobei die zum Betrieb der Einrichtung erforderliche elektrische Energie von einer ortsfesten
Versorgungsstation mittels einer elektrischen Kopplungsvorrichtung zum Kraftfahrzeug hin übertragen wird.
Einrichtungen zur Vorwärmung von Verbrennungsmotoren sind seit langem bekannt. So können Standheizungen in der Regel nicht nur zur Vorwärmung des Fahrgastraums, sondern auch zur Vorwärmung des Verbrennungsmotors eingesetzt werden. Einrichtungen zur Vorwärmung von Verbrennungsmotoren sind aber keinesfalls Standard. Dies liegt zum einen an den damit
verbundenen Zusatzkosten. Zum anderen ist eine Vorwärmung des
Verbrennungsmotors in warmen Ländern bzw. Regionen weniger geboten als dies bei Fahrzeugen der Fall ist, die in„Kaltländern" betrieben werden.
Um im Stillstand befindliche Fahrzeuge optimal temperieren zu können, sind derzeit verschiedene Vorrichtungen und Verfahren bekannt. So offenbart die Offenlegung DE 197 31 071 A1 eine Anlage zum Temperieren des
Fahrzeuginnenraums eines Kraftfahrzeugs im Stillstand, bei dem die im Fahrzeug noch vorhandene Restwärme einer Wärmequelle und Restkälte einer Kältequelle genutzt wird.
Da die Nutzung von Restwärme und/oder Restkälte nur möglich ist, wenn die dafür genutzten Wärmequellen und/oder Kältequellen sich in einem Zustand befinden, in dem sie Wärme und/oder Kälte abgeben können, in der Regel also unmittelbar nach (längerem) Betrieb des Kraftfahrzeugs, sind derartige Systeme oft nicht ausreichend, um eine optimale Temperierung des
Fahrzeuginnenraums im Stillstand zu ermöglichen. Neben den genannten Vorrichtungen zum Temperieren des Fahrzeuginnenraums im Stillstand werden zum Heizen oder Kühlen des Fahrzeugs im Stillstand Zuheiz- bzw. Standheizgeräte bzw. elektrisch angetriebene Kühleinrichtungen verwendet, die ihre Energie von einer ortsfesten Versorgungsstation erhalten, von der diese mittels einer elektrischen Kopplungsvorrichtung zum Kraftfahrzeug hin übertragen wird. Die dabei verwendete Kopplungsvorrichtung ist in der Regel durch ein an der Versorgungsstation vorhandenes Kabel gebildet, welches mit einem Steckverbinder versehen ist, der zur elektrischen Kontaktierung eines entsprechend ausgebildeten Gegensteckverbinders an dem Kraftfahrzeug vorgesehen ist. Auf Parkplätzen von Firmen, Behörden, aber auch im privaten Bereich sind als Bestandteile der Versorgungsstation beispielsweise Pfähle installiert, die diese elektrischen Anschlussvorrichtungen beinhalten. Oft wird nach Benutzung solcher Vorrichtungen jedoch vergessen, das
Verbindungskabel zu entfernen und es wird über weite Strecken mitgezogen. Darüber hinaus ist das Stecken und Entfernen des Kabels mit Aufwand verbunden.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine elektrische Einrichtung zum
Vorwärmen eines Antriebsmotors eines Kraftfahrzeugs und/oder zum
Vorklimatisieren eines Fahrzeuginnenraums im Stillstand des Kraftfahrzeugs so auszubilden, dass die Übertragung der zu ihrem Betrieb erforderlichen elektrischen Energie sicher und bequem erfolgen kann.
Dies gelingt erfindungsgemäß dadurch, dass die elektrische
Kopplungsvorrichtung als induktive Übertragungsvorrichtung ausgebildet ist, die eine fahrzeugseitige elektrische Wicklung und eine versorgungsstations- seitige, eine stationäre elektrische Wicklung umfassende Ankoppelvorrichtung aufweist, die so an die fahrzeugseitige elektrische Wicklung anfügbar ist, dass die beiden elektrischen Wicklungen einen Transformator ausbilden.
Die elektrische Energie wird bei der erfindungsgemäßen Einrichtung aus der an ein Wechselspannungs- oder Drehstrom-Versorgungsnetz
angeschlossenen, ortsfesten Versorgungsstation induktiv auf das
Kraftfahrzeug übertragen.
Wenn dazu die Ankoppelvorrichtung der ortsfesten Versorgungsstation an das Kraftfahrzeug angefügt ist, bilden die stationäre elektrische Wicklung der Versorgungsstation und die fahrzeugseitige elektrische Wicklung gemeinsam einen Transformator aus, wobei die stationäre elektrische Wicklung die Funktion der Primärwicklung und die fahrzeugseitige elektrische Wicklung die Funktion der Sekundärwicklung des Transformators erfüllen. Die elektrischen Wicklungen können dabei beispielsweise als Luftspulen und/oder als Spulen mit magnetischem Kern ausgeführt sein, wobei Form und Querschnitt sowohl der Spulen als auch der ggf. vorhandenen Kerne an die jeweiligen
Erfordernisse bezüglich Bauraum, möglicher Abstände der Spulen zueinander sowie zu übertragender elektrischer Leistung angepasst werden können.
Im Vergleich zu den bekannten Einrichtungen, bei denen die Verbindung zwischen Versorgungsstation und Fahrzeug mittels eines Kabels mit
Steckverbinder manuell hergestellt wird, bietet eine induktive
Übertragungsvorrichtung deutlich mehr Sicherheit und Komfort.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die
fahrzeugseitige elektrische Wicklung hinter einem Kennzeichenschild des Kraftfahrzeugs angeordnet. Vorteilhaft bei dieser Ausgestaltung ist, dass amtliche Kennzeichenschilder im allgemeinen an standardisierten Anbauorten angeordnet sind. So sind bei den meisten Kraftfahrzeugen die Kennzeichenschilder mittig an der Fahrzeugfront und am Fahrzeugheck befestigt, wobei die Mindestanbauhöhen über der Fahrbahn vorgeschrieben sind. Aber auch bei abweichender Positionierung sind die Kennzeichenschilder an der Fahrzeugkarosserie immer leicht auffindbar. Bei Kraftfahrzeugen, bei denen erfindungsgemäß das
fahrzeugseitige Transformatorteil hinter dem vorderen oder dem hinteren Kennzeichenschild angeordnet ist, ist somit auch die Anfügesteile für die Ankoppelvorrichtung der Versorgungsstation unmittelbar zu lokalisieren.
Das Kennzeichenschild besteht entweder vollständig oder aber zum größten Teil aus einem elektrisch nicht leitenden oder schlecht leitenden Material, da hierdurch Wirbelstromverluste bei der induktiven Energieübertragung gering gehalten werden können. Vorzugsweise besteht das Kennzeichenschild aus einem Kunststoffmaterial, wobei aber auch die Verwendung anderer elektrisch nicht oder nur gering leitender Materialien oder Materialkombinationen als Werkstoff in Frage kommt. Die Ankoppelvorrichtung mit der stationären elektrischen Wicklung der Versorgungsstation braucht nur von außen an das Kennzeichenschild angelegt zu werden, um induktiv mit der fahrzeugseitigen elektrischen Wicklung verbunden zu werden. Da die durch die elektrischen Wicklungen gebildeten Transformatorteile dann nur durch das relativ dünnwandige Kennzeichenschild getrennt sind, kann die Energieübertragung mit einem sehr guten Wirkungsgrad erfolgen.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des
erfindungsgemäßen Ladesystems ergeben sich aus den weiteren
Unteransprüchen und werden anhand der Zeichnung erläutert. Dabei zeigen: Fig. 1 : eine schematische Darstellung einer ersten zum Vorwärmen sowohl des Antriebsmotors als auch des Fahrzeuginnenraums vorgesehenen Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen elektrischen Einrichtung
Fig 2: eine schematische Darstellung einer zweiten zum Vorkühlen des
Fahrzeuginnenraums vorgesehenen Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen elektrischen Einrichtung
In Fig. 1 ist schematisch ein Kraftfahrzeug 2 dargestellt, das vor einer zur Bereitstellung elektrischer Energie vorgesehenen Versorgungsstation 3 steht. Als Hilfe zur Positionierung des Kraftfahrzeugs 2 vor der Versorgungsstation 3 ist an dieser ein Spiegel 12 angebracht. Die erfindungsgemäße elektrische Einrichtung dient in der hier gezeigten Ausführungsform zum Vorwärmen des Antriebsmotors 1 , insbesondere einer Verbrennungsmaschine des
Kraftfahrzeugs 2 und zum Vorheizen des Fahrzeuginnenraums im Stillstand. Die zum Betrieb der Einrichtung erforderliche elektrische Energie wird dabei von der ortsfesten Versorgungsstation 3 mittels einer induktive
Übertragungsvorrichtung zum Kraftfahrzeug 2 hin übertragen. Die induktive Übertragungsvorrichtung weist eine fahrzeugseitige elektrische Wicklung 4 und eine versorgungsstationsseitige, stationäre elektrische Wicklung 5 auf. Die versorgungsstationsseitige, stationäre elektrische Wicklung 5 ist dabei Bestandteil einer Ankoppelvorrichtung 6, die so an die fahrzeugseitige elektrische Wicklung 4 anfügbar ist, dass die beiden elektrischen Wicklungen 4, 5 einen Transformator ausbilden. Dabei übernehmen die stationäre elektrische Wicklung 5 die Funktion der Primärwicklung und die
fahrzeugseitige elektrische Wicklung 4 die Funktion der Sekundärwicklung des Transformators. Die fahrzeugseitige elektrische Wicklung 4 ist dabei hinter einem Kennzeichenschild 4' des Kraftfahrzeugs 2 angeordnet, welches vollständig oder aber zumindest zum größten Teil aus einem elektrisch nicht leitenden oder schlecht leitenden Material, etwa aus Kunststoff, besteht. Die fahrzeugseitige elektrische Wicklung 4 ist elektrisch mit einem
Kühlwasservorwärmer 7 verbunden, welcher in den Kühlkreislauf des
Kraftfahrzeugs 2 integriert ist. Der Kühlwasservorwärmer 7 umfasst dabei im Wesentlichen eine Art Tauchsieder, welcher mittels elektrischem Strom die Kühlflüssigkeit erhitzt. Die vorgewärmte Kühlflüssigkeit wird durch Konvektion über den Antriebsmotor 1 in den Kühler 8 geleitet. Die fahrzeugseitige elektrische Wicklung 4 ist weiterhin elektrisch mit einem Gleichrichter 9 verbunden, der die Ausgangswechselspannung des Transformators gleichrichtet, und mit seiner Ausgangsgleichspannung eine
Innenraumheizeinrichtung 10 des Kraftfahrzeugs mit Energie versorgt, um so den Fahrzeuginnenraum im Stillstand des Kraftfahrzeugs vorzuwärmen. In Fig. 2 ist ein Kraftfahrzeug 2 mit einer zweiten Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen elektrischen Einrichtung dargestellt, die zum Vorkühlen des Fahrzeuginnenraums vorgesehen ist. Da die erfindungsgemäße elektrische Einrichtung in der hier gezeigten Ausführungsform in vielen Einzelheiten identisch mit der zuvor beschriebenen ist, werden hier nur die davon abweichenden Elemente erläutert. Die fahrzeugseitige elektrische
Wicklung 4 ist wie in der zuvor beschriebenen Ausführung ebenfalls elektrisch mit einem Gleichrichter 9 verbunden, der die Ausgangswechselspannung des Transformators gleichrichtet. Die Ausgangsgleichspannung des Gleichrichters 9 versorgt hier jedoch eine Klimaanlage 1 1 mit elektrischer Energie, die zur Vorkühlung des Fahrzeuginnenraums im Stillstand des Kraftfahrzeugs vorgesehen ist.
Die beschriebenen Ausführungsformen der erfindungsgemäßen elektrischen Einrichtung sind nur als Beispiele möglicher Ausgestaltungen der Erfindung zu sehen und schließen einander selbstverständlich nicht aus, so dass natürlich auch Kombinationen dieser Ausführungen möglich sind, die sowohl zum Heizen als auch zum Kühlen des Kraftfahrzeugs 2 im Stand dienen.

Claims

Patentansprüche
Elektrische Einrichtung zum Vorwärmen eines Antriebsmotors (1 ) eines Kraftfahrzeugs (2) und/oder zum Vorklimatisieren eines
Fahrzeuginnenraums im Stillstand des Kraftfahrzeugs
(2), wobei die zum Betrieb der Einrichtung erforderliche elektrische Energie von einer ortsfesten Versorgungsstation
(3) mittels einer elektrischen
Kopplungsvorrichtung zum Kraftfahrzeug (2) hin übertragen wird, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Kopplungsvorrichtung als induktive Übertragungsvorrichtung ausgebildet ist, die eine fahrzeugseitige elektrische Wicklung (4) und eine versorgungsstationsseitige, eine stationäre elektrische Wicklung (5) umfassende Ankoppelvorrichtung (6) aufweist, die so an die fahrzeugseitige elektrische Wicklung (4) anfügbar ist, dass die beiden elektrischen Wicklungen (4, 5) einen Transformator ausbilden.
Elektrische Einrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die fahrzeugseitige elektrische Wicklung (4) elektrisch mit einem
Kühlwasservorwärmer (7) verbunden ist, welcher in den Kühlkreislauf des Kraftfahrzeugs (2) integriert ist.
Elektrische Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die fahrzeugseitige elektrische Wicklung (4) elektrisch mit einem Gleichrichter (9) verbunden ist, der die Ausgangswechselspannung des Transformators gleichrichtet, und mit seiner Ausgangsgleichspannung eine Innenraumheizeinrichtung (10) und/oder eine Klimaanlage (1 1 ) des Kraftfahrzeugs mit elektrischer Energie versorgt.
4. Elektrische Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die fahrzeugseitige elektrische Wicklung (4) hinter einem Kennzeichenschild (4') des Kraftfahrzeugs (2) angeordnet ist.
5. Elektrische Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Kennzeichenschild (4') vollständig oder größtenteils aus einem elektrisch nicht leitenden Material besteht.
6. Elektrische Einrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass an die Außenfläche des Kennzeichenschildes (4') eine Anlagefläche der Ankoppelvorrichtung (6) anfügbar ist.
7. Elektrische Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Abmessungen der Anlagefläche der Ankoppelvorrichtung (6) den Abmessungen der Außenfläche des Kennzeichenschilds (4') entsprechen.
8. Elektrische Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch
gekennzeichnet, dass die Ankoppelvorrichtung (6) motorisch beweglich ausgebildet ist.
9. Elektrische Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel zur Positionserfassung des Kennzeichenschildes (4') vorgesehen sind und dass eine automatische Steuervorrichtung aufgrund der erfassten Position die Anlagefläche der Ankoppelvorrichtung (6) an die Außenfläche des Kennzeichenschildes (4') anlegt.
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