WO2018095611A1 - Abschirmeinrichtung für eine am unterboden eines kraftfahrzeugs angeordnete induktionsspule und damit ausgestattetes kraftfahrzeug - Google Patents

Abschirmeinrichtung für eine am unterboden eines kraftfahrzeugs angeordnete induktionsspule und damit ausgestattetes kraftfahrzeug Download PDF

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WO2018095611A1
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motor vehicle
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ferrite
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Definitions

  • Shielding device for an arranged on the underbody of a motor vehicle induction coil and thus equipped motor vehicle
  • the invention relates to a shielding device for an arranged on the underbody of a motor vehicle induction coil for charging a
  • the invention further relates to a motor vehicle, in particular a
  • An electric car or a hybrid electric vehicle equipped with at least one such shielding device is provided.
  • Inductive motor vehicle charging systems in particular for electric cars and hybrid electric vehicles, enable contactless transmission of electrical energy to the motor vehicle. In this case, so no cables o. ⁇ . be connected to the vehicle.
  • Energy transfer device that allows contactless energy transfer.
  • a primary coil is arranged, wherein in a corresponding region of the motor vehicle, a typically in the energy transfer of
  • Primary coil opposite secondary coil is provided. When operating the primary coil with an alternating voltage magnetic
  • the invention has for its object to provide a shielding device of the kind which does not have at least one associated with the prior art disadvantage or at least only to a reduced extent.
  • the shielding device according to the invention having the features of patent claim 1.
  • the invention also extends to a motor vehicle having at least one shielding device according to the invention.
  • the shielding device is characterized by a first outer, d. H. the external primary coil facing layer formed of an electrically insulating and magnetically permeable material, and a second inner, d. H. facing away from the primary coil or the vehicle interior facing layer which is formed of an electrically conductive material.
  • the shielding device according to the invention may also have more than two layers. Further, all or individual layers may be constructed of multiple layers of identical material or material of the same type. Preferably, the individual layers are formed as self-contained layers, wherein also an open or non-closed layer formation, for example by means of tiles (see below), is possible.
  • Compatibility of the components in question are not required or can be significantly smaller and / or lighter dimensions. Due to the multi-layer structure of the shielding device according to the invention also the sound and heat insulation are further improved. In addition, an electrical shielding can be achieved.
  • the shielding is not achieved as with currently used screens exclusively by eddy currents.
  • the field lines of the alternating magnetic fields generated by the externally arranged primary coil are redirected in the outer layer and in particular targeted to the
  • Induced coil or secondary coil passed (so-called field guide), without causing significant eddy current losses occur in the outer layer. Due to the derivative in the outer layer only a small field entry into the inner layer takes place, wherein the outer layer penetrating magnetic field lines are quasi-damped. In the inner layer it comes to eddy current, what the of the
  • Heat development compensating measures can be omitted. Furthermore, the efficiency of the entire inductive motor vehicle charging system is significantly improved. The inductive motor vehicle charging system is also influenced less by reducing the power loss and works more stable. The layer structure of the shielding device according to the invention also allows a high degree of flexibility in the geometric design of the
  • the shielding device which allows optimal adjustment for each area to keep the cost and weight as small as possible.
  • the shielding device according to the invention is preferably a planar, in particular large-scale expanded structure, preferably with a spatial shape.
  • the multi-layer structure favors the
  • the outer layer is formed of an electrically insulating and magnetically permeable material. Such a material is in particular a so-called nonconductor, which, however, is magnetically conductive and in particular highly conductive (that is, ⁇ »1 H / m).
  • the outer layer is preferably formed from ferrite or at least contains ferrite. It can also be a ferrite film (see below). Ferrite is understood to mean ferrimagnetic ceramic materials (for example hematite or magnetite) which are magnetic, in particular soft magnetic, and which are not or hardly electrically conductive, so that virtually no eddy current losses occur. It is preferably provided that the inner layer has a high electrically insulating and magnetically permeable material. Such a material is in particular a so-called nonconductor, which, however, is magnetically conductive and in particular highly conductive (that is, ⁇ »1 H / m).
  • the outer layer is preferably formed from ferrite or at least contains ferrite. It can also
  • the inner layer is therefore preferably made of aluminum, in particular of an aluminum sheet or a
  • Aluminum foil formed or contains at least aluminum. With aluminum, a particularly good shielding can be achieved. In addition, aluminum is easy and processable with low production costs.
  • the inner layer can also be formed, for example, from copper, in particular from a copper sheet or a copper foil. With ferrite and aluminum materials are used for the layer structure of the shielding device according to the invention, which are suitable for large dimensions, complicated geometric structures or shapes and different field strengths and low
  • the layers of the shielding device according to the invention may be joined in any suitable manner.
  • the inner layer and the outer layer are glued together.
  • the bonding can take place, for example, by means of adhesive film, spray adhesive or the like, the adhesive material forming an intermediate layer, as it were.
  • An adhesive film or the like may also function as a carrier film.
  • the adhesive layer functioning as an intermediate or connecting layer is preferably electrically insulating and may also have strength-increasing and / or damping properties.
  • the adhesive layer also different
  • the adhesive bond is preferably designed as an adhesive-press-bond.
  • the layers can also be bolted or riveted together, for example, with different thermal expansions of the layers to be considered.
  • the outer layer and / or the inner layer of the shielding device according to the invention can be made of doped plastic, in particular of ferrite-doped or aluminum-doped (optionally also
  • thermosetting or thermoplastic plastic can be used, which is enriched depending on the ferrite particles or aluminum particles.
  • fiber reinforcements may be provided. The example.
  • the inner layer may be formed by metallization of the outer plastic layer.
  • An inner plastic layer may additionally be metallized.
  • the outer layer of the shielding device according to the invention can be formed from a ferrite foil, in particular a flexible ferrite foil.
  • the inner layer may be a layer formed of doped plastic (see above), to which the ferrite foil is glued or laminated or which is formed by injection-molding of the ferrite foil.
  • the inner layer may also be a film, in particular an aluminum foil.
  • the foils can be glued, for example, in a lamination process or the like, and then formed together, with a good adaptation to the structure of the
  • Underground vehicle can be achieved.
  • the outer layer may be formed of a plurality of tiles (meaning small tile-like elements in particular) made of electrically insulating and magnetically permeable material. In particular, it is ferrite tiles.
  • the tiles may have the same dimensions or different dimensions, and have a spatial shape.
  • the tiles may be glued to an aluminum sheet forming the inner layer.
  • the tiles may, for example, also be fixed to a carrier structure, for example a subfloor component, in particular by bonding, the inner layer being made of an electrically conductive material, in particular aluminum, as
  • the support structure may also be an injection molded part of electrically conductive plastic.
  • the outer layer of the shielding device according to the invention can be formed by a liquid or free-flowing substance of an electrically insulating and magnetically permeable material.
  • a substance is, for example, a coarse to fine-grained ferrite powder.
  • the substance is filled in or enclosed in at least one closed cavity, wherein this cavity, for example in the form of a hollow structure, may be part of the vehicle underbody or of a subfloor component. Such cavities are already available and / or additionally provided. At least the inner, facing away from the primary coil or the
  • Vehicle interior facing cavity boundary or wall can be made of an electrically conductive material, for example. Aluminum, and thus can also form the inner layer of the shielding.
  • the cavity wall may, for example, be formed of plastic or doped plastic, wherein the electrically conductive layer then, for example, by
  • Metallization by an aluminum sheet or an aluminum foil, may be formed by an injection molded part of aluminum-doped plastic or the like.
  • the shielding device according to the invention is intended for use in a motor vehicle, in particular an electric car or hybrid electric motor vehicle.
  • the motor vehicle comprises at least one vehicle battery, in particular a traction battery,
  • Secondary coil for charging the vehicle battery and at least one shielding device according to the invention.
  • the primary coil in the ground has significantly larger dimensions than the secondary coil in the vehicle. For this reason, the secondary coil surrounding the underbody areas of the vehicle are exposed to alternating magnetic fields, whereby
  • the shielding device both the region of the induction coil and lateral areas next to the
  • Induction coil to the vehicle interior shields against magnetic fields.
  • the motor vehicle may be arranged on the subfloor and formed of iron or steel girders protective structure (protective frame) for the
  • Induction coil or secondary coil have.
  • the protective structure is covered or covered by the shielding device, at least in the region of the induction coil, and thereby against the alternating magnetic fields
  • the shielding device is preferably arranged on or in the underbody and is in particular a structural component of a subfloor lining or a subfloor lining component formed from plastic. This is, for example, an underrun protection.
  • Underbody paneling component is preferably a plastic injection molded part.
  • the shielding does not necessarily have as a separate component be executed.
  • the structural integration into the underbody cladding or the underbody cladding component is possible due to the lower heat development in the shielding device (see above).
  • the integration is preferably carried out in already existing components or components, which reduces the manufacturing costs and assembly costs on the motor vehicle in production. In addition, the cost of maintenance on the
  • Underbody trim components may further include weight and weight
  • Fig. 1 shows schematically a motor vehicle and an inductive
  • FIG. 2 shows, in an enlarged detail, the primary coil and the secondary coil of the motor vehicle charging system from FIG. 1, as well as a shielding device according to the invention on the underbody of the motor vehicle.
  • the motor vehicle 100 shown in FIG. 1, which is an electric car or a hybrid electric motor vehicle, has a rechargeable travel battery (electrical energy storage) 1 10, which is connected via the inductive
  • Automotive charging system 200 can be charged contactless.
  • the motor vehicle charging system 200 includes a primary coil 210 arranged in the ground or the like, and one on the underbody 120 of the
  • the infrastructure-side primary coil 210 has significantly larger dimensions than the vehicle-side secondary coil 220.
  • the secondary coil 220 is formed by a protective structure formed of steel supports (auxiliary or auxiliary).
  • Crashramen 130 which does not have to be a closed frame.
  • alternating magnetic fields H can disturb electric and electronic components of the motor vehicle 100 and cause eddy currents and magnetic reversal losses, including associated heat or heat development, in the underbody sheet 120 and in the protective structure 130.
  • a shielding device 140 is arranged, as shown in Fig. 2.
  • the shielding device 140 shown is in the manner of a spatially shaped and large area
  • Vehicle underbody 120 and the protective structure 130 extends, however, the secondary coil 220 is not covered and thus the energy transfer between the primary coil 210 and secondary coil 220 allows unhindered.
  • the shielding device 140 is optimally adapted to the contours of the underbody or underbody sheet 120 and protective structure 130 and has a low weight. (Other execution options of
  • Shielding device 140 is the vehicle-side induction coil 220 upwards, shielded towards the vehicle interior, with the side Areas adjacent to the induction coil 220, including the protective structure 130, are shielded upwardly toward the vehicle interior against the alternating magnetic fields H generated by the primary coil 210.
  • the shielding device 140 is formed as a two-component shielding member having a lower, outer layer 141 formed of an electrically insulating and magnetically permeable material, in particular ferrite, and an upper, inner layer 142 made of an electrically conductive material , in particular aluminum, is formed. The two
  • Layers 141 and 142 are adhesively bonded, for example, by means of adhesive film 143.
  • the magnetically conductive and electrically non-conductive layer 141 at the Unterz. Outside is in inductive charging in the range of high magnetic field strengths.
  • the electrically conductive layer 142 on the Obertial. Inner side is located near the vehicle floor 120 and thus in the range of lower magnetic field strengths.
  • the magnetic field lines of the alternating magnetic field H generated by the primary coil 210 are led away from the vehicle interior through the lower, outer layer 141 and in particular targeted to the
  • the alternating magnetic fields H are attenuated by the lower layer 141 and generate in the upper, inner layer 142 eddy currents, the excitation field H
  • Shielding of the floor panel 120, the protective structure 130 and vulnerable components, which are located above the vehicle underbody 120 reaches. Furthermore, an electrical shield can also be achieved.
  • the layers 141 and 142 of the shielding device 140 may have an inhomogeneous thickness to accommodate the field guide and

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Abschirmeinrichtung (140) für eine am Unterboden (120) eines Kraftfahrzeugs angeordnete Induktionsspule (220) zum Aufladen einer Fahrzeugbatterie. Diese Abschirmeinrichtung (140) weist eine äußere Schicht (141) auf, die aus einem elektrisch isolierenden und magnetisch permeablen Material gebildet ist, und eine innere Schicht (142), die aus einem elektrisch leitfähigen Material gebildet ist. Die Erfindung betrifft ferner ein Kraftfahrzeug, insbesondere ein Elektroauto oder Hybridelektrokraftfahrzeug, das wenigstens eine solche Abschirmeinrichtung (140) aufweist.

Description

Abschirmeinrichtung für eine am Unterboden eines Kraftfahrzeugs angeordnete Induktionsspule und damit ausgestattetes Kraftfahrzeug
Die Erfindung betrifft eine Abschirmeinrichtung für eine am Unterboden eines Kraftfahrzeugs angeordnete Induktionsspule zum Aufladen einer
Fahrzeugbatterie, gemäß der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art. Die Erfindung betrifft ferner ein Kraftfahrzeug, wie insbesondere ein
Elektroauto oder ein Hybridelektrokraftfahrzeug, das mit wenigstens einer derartigen Abschirmeinrichtung ausgestattet ist.
Induktive Kraftfahrzeugladesysteme, insbesondere für Elektroautos und Hybridelektrokraftfahrzeuge, ermöglichen die kontaktlose Übertragung elektrischer Energie zum Kraftfahrzeug. In diesem Fall müssen also keine Kabel o. Ä. mit dem Fahrzeug verbunden werden.
Die DE 10 2014 000 738 A1 derselben Anmelderin beschreibt eine
Energieübertragungseinrichtung, die eine kontaktlose Energieübertragung ermöglicht. Im Erdboden, bspw. in einer Straße oder einem Parkplatz, ist eine Primärspule angeordnet, wobei in einem entsprechenden Bereich des Kraftfahrzeugs eine typischerweise bei der Energieübertragung der
Primärspule gegenüberliegende Sekundärspule vorgesehen ist. Bei Betrieb der Primärspule mit einer Wechselspannung werden magnetische
Wechselfelder erzeugt, die eine Spannung an der Sekundärspule im
Kraftfahrzeug und damit insbesondere einen Ladestrom für eine Batterie erzeugen. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Abschirmeinrichtung betreffender Art anzugeben, die wenigstens einen mit dem Stand der Technik einhergehenden Nachteil nicht oder zumindest nur in einem verminderten Umfang aufweist.
Diese Aufgabe wird gelöst durch die erfindungsgemäße Abschirmeinrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 . Mit einem nebengeordneten Patentanspruch erstreckt sich die Erfindung auch auf ein Kraftfahrzeug, das wenigstens eine erfindungsgemäße Abschirmeinrichtung aufweist.
Bevorzugte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen, der nachfolgenden
Beschreibung und den Figuren.
Die erfindungsgemäße Abschirmeinrichtung ist gekennzeichnet durch eine erste äußere, d. h. der externen Primärspule zugewandte Schicht, die aus einem elektrisch isolierenden und magnetisch permeablen Material gebildet ist, und eine zweite innere, d. h. von der Primärspule abgewandte bzw. dem Fahrzeuginneren zugewandte Schicht, die aus einem elektrisch leitfähigen Material gebildet ist.
Die erfindungsgemäße Abschirmeinrichtung kann auch mehr als zwei Schichten aufweisen. Ferner können alle oder einzelne Schichten aus mehreren Lagen identischen Materials oder Materials gleicher Art aufgebaut sein. Bevorzugt sind die einzelnen Schichten als in sich geschlossene Schichten ausgebildet, wobei auch eine offene bzw. nicht-geschlossene Schichtausbildung, bspw. mittels Kacheln (s. u.), möglich ist.
Durch die Kombination einer elektrisch isolierenden und magnetisch permeablen Schicht mit einer elektrisch leitfähigen Schicht kann eine sehr gute Abschirmung bei geringen Verlusten erreicht werden. Anfällige elektrische und elektronische Fahrzeugkomponenten, die sich oberhalb der Abschirmeinrichtung befinden, sind bei einem Ladevorgang von
magnetischen Störeinflüssen weitgehend abgeschirmt. Zusätzliche
Maßnahmen oder Einrichtungen zur Erhöhung der magnetischen
Verträglichkeit der betreffenden Komponenten sind nicht erforderlich oder können erheblich kleiner und/oder leichter dimensioniert werden. Durch den mehrschichtigen Aufbau der erfindungsgemäßen Abschirmeinrichtung werden ferner auch die Schall- und Wärmedämmung verbessert. Außerdem kann auch eine elektrische Abschirmung erreicht werden.
Die Abschirmung wird nicht wie bei derzeitig verwendeten Schirmen ausschließlich durch Wirbelströme erreicht. Die Feldlinien der von der extern angeordneten Primärspule erzeugten magnetischen Wechselfelder werden in der äußeren Schicht umgeleitetet und insbesondere gezielt zu der
Induktionsspule bzw. Sekundärspule geleitet (sogenannte Feldführung), ohne dass dabei in der äußeren Schicht nennenswerte Wirbelstromverluste auftreten. Aufgrund der Ableitung in der äußeren Schicht findet nur ein geringer Feldeintrag in die innere Schicht statt, wobei die die äußere Schicht durchdringenden magnetischen Feldlinien quasi gedämpft sind. In der inneren Schicht kommt es zu Wirbelstrombildungen, was den von der
Primärspule erzeugten Magnetfeldern entgegenwirkt. Die dabei auftretenden Wirbelstromverluste sind sehr gering, wodurch die Wärmeentwicklung in der Abschirmeinrichtung moderat ausfällt, so dass etwaige eine
Wärmeentwicklung kompensierende Maßnahmen entfallen können. Ferner wird der Wirkungsgrad des gesamten induktiven Kraftfahrzeugladesystems deutlich verbessert. Das induktive Kraftfahrzeugladesystem wird durch die Reduzierung der Verlustleistung auch geringer beeinflusst und arbeitet stabiler. Der Schichtaufbau der erfindungsgemäßen Abschirmeinrichtung ermöglicht ferner eine hohe Flexibilität in der geometrischen Gestaltung der
Abschirmeinrichtung, was eine optimale Anpassung für jeden Bereich ermöglicht, um die Kosten und das Gewicht möglichst klein zu halten. Die erfindungsgemäße Abschirmeinrichtung ist bevorzugt ein flächiges, insbesondere großflächig ausgedehntes Gebilde, vorzugsweise mit einer räumlichen Formgebung. Der mehrschichtige Aufbau begünstigt die
Festigkeits- und Stabilitätseigenschaften. Die äußere Schicht ist aus einem elektrisch isolierenden und magnetisch permeablen Material gebildet. Ein solches Materials ist insbesondere ein sogenannter Nichtleiter, der allerdings magnetisch leitfähig und insbesondere gut leitfähig ist (d. h. μ » 1 H/m). Die äußere Schicht ist bevorzugt aus Ferrit gebildet oder enthält zumindest Ferrit. Es kann sich auch um eine Ferritfolie handeln (s. u.). Unter Ferrit werden ferrimagnetische keramische Werkstoffe (bspw. Hämatit oder Magnetit) verstanden, die magnetisch, insbesondere weichmagnetisch, sind und die nicht oder kaum elektrisch leitfähig sind, so dass nahezu keine Wirbelstromverluste auftreten. Bevorzugt ist vorgesehen, dass die innere Schicht eine hohe elektrische
Leitfähigkeit (σ> 30-106 S/m) und eine nur geringe magnetische Permeabilität (μ < 1 ,1 H/m, vorzugsweise < 1 H/m) aufweist. Solche Eigenschaften haben bspw. Aluminium und Kupfer. Die innere Schicht ist daher bevorzugt aus Aluminium, insbesondere aus einem Aluminiumblech oder einer
Aluminiumfolie, gebildet oder enthält zumindest Aluminium. Mit Aluminium kann eine besonders gute Abschirmung erreicht werden. Außerdem ist Aluminium leicht und mit geringem Fertigungsaufwand verarbeitbar. Die innere Schicht kann aber bspw. auch aus Kupfer, insbesondere aus einem Kupferblech oder einer Kupferfolie, gebildet sein. Mit Ferrit und Aluminium werden für den Schichtaufbau der erfindungsgemäßen Abschirmeinrichtung Materialien eingesetzt, die für große Abmessungen, komplizierte geometrische Strukturen bzw. Formen und unterschiedliche Feldstärken geeignet und mit geringem
Fertigungsaufwand verarbeitbar sind.
Die Schichten der erfindungsgemäßen Abschirmeinrichtung können in jeder geeigneten Weise gefügt sein. Bevorzugt sind die innere Schicht und die äußere Schicht miteinander verklebt. Die Verklebung kann bspw. mittels Klebefolie, Sprühkleber oder dergleichen erfolgen, wobei der Klebestoff quasi eine Zwischenschicht bildet. Eine Klebefolie oder dergleichen kann ferner auch als Trägerfolie fungieren. Die als Zwischen- bzw. Verbindungsschicht fungierende Klebeschicht ist bevorzugt elektrisch isolierend und kann außerdem festigkeitserhöhende und/oder dämpfende Eigenschaften haben. Gegebenenfalls kann die Klebeschicht auch unterschiedliche
Wärmeausdehnungen zwischen den verklebten Schichten kompensieren. Die Klebeverbindung ist bevorzugt als Klebe-Press-Verbund ausgeführt. Die Schichten können aber bspw. auch miteinander verschraubt oder vernietet sein, wobei unterschiedliche Wärmeausdehnungen der Schichten zu berücksichtigen sind.
Die äußere Schicht und/oder die innere Schicht der erfindungsgemäßen Abschirmeinrichtung können aus dotiertem Kunststoff, insbesondere aus ferritdotiertem bzw. aluminiumdotiertem (gegebenenfalls auch
kupferdotiertem) Kunststoff gebildet sein. Als Kunststoffmatrixmaterial kann bspw. ein duroplastischer oder thermoplastischer Kunststoff verwendet werden, der je nach dem mit Ferritpartikeln oder Aluminiumpartikeln angereichert ist. Ferner können Faserverstärkungen vorgesehen sein. Die bspw. mittels Spritzgießen einzeln hergestellten Schichten können
miteinander verklebt sein (s. o.). Ferner ist eine einstückige Herstellung der Abschirmeinrichtung im Zweikomponenten-Spritzgießverfahren möglich. Das Spritzgießen ermöglicht die Herstellung komplizierter geometrischer Formen, die an den Unterboden des Kraftfahrzeugs angepasst sind. Darüber hinaus kann die innere Schicht durch Metallisierung der äußeren Kunststoffschicht gebildet sein. Auch eine innere Kunststoffschicht kann zusätzlich metallisiert sein.
Die äußere Schicht der erfindungsgemäßen Abschirmeinrichtung kann aus einer Ferritfolie, insbesondere einer flexiblen Ferritfolie, gebildet sein. Die innere Schicht kann eine aus dotiertem Kunststoff gebildete Schicht sein (s. o.), auf welche die Ferritfolie aufgeklebt bzw. aufkaschiert ist oder die durch Hinterspritzen der Ferritfolie gebildet ist. Die innere Schicht kann auch eine Folie, insbesondere eine Aluminiumfolie, sein. Die Folien können bspw. in einem Laminierverfahren oder dergleichen verklebt und dann gemeinsam umgeformt sein, wobei eine gute Anpassung an die Struktur des
Fahrzeugunterbodens erreicht werden kann.
Die äußere Schicht kann aus einer Vielzahl von Kacheln (damit sind insbesondere kleine kachelartige Elemente gemeint), die aus elektrisch isolierendem und magnetisch permeablem Material erzeugt sind, gebildet sein. Insbesondere handelt es sich um Ferritkacheln. Die Kacheln können gleiche Abmessungen oder unterschiedliche Abmessungen haben, sowie eine räumliche Formgebung aufweisen. Die Kacheln können mit einem Aluminiumblech, das die innere Schicht bildet, verklebt sein. Die Kacheln können bspw. auch an einer Trägerstruktur, bspw. einem Unterbodenbauteil, fixiert sein, insbesondere durch Verklebung, wobei die innere Schicht aus einem elektrisch leitfähigen Material, insbesondere Aluminium, als
Zwischenschicht eingebracht oder auf die Oberfläche der Trägerstruktur aufgebracht ist. Die Trägerstruktur kann auch ein Spritzgussteil aus elektrisch leitfähigem Kunststoff sein. Die äußere Schicht der erfindungsgemäßen Abschirmeinrichtung kann durch eine flüssige oder rieselfähige Substanz aus einem elektrisch isolierenden und magnetisch permeablen Material gebildet sein. Eine solche Substanz ist bspw. ein grob- bis feinkörniges Ferritpulver. Die Substanz ist in wenigstens einen abgeschlossenen Hohlraum eingefüllt bzw. darin eingeschlossen, wobei dieser Hohlraum, bspw. in Gestalt einer Hohlstruktur, Bestandteil des Fahrzeugunterbodens oder eines Unterbodenbauteils sein kann. Solche Hohlräume sind ohnehin bereits vorhanden und/oder zusätzlich vorzusehen. Zumindest die innere, von der Primärspule abgewandte bzw. dem
Fahrzeuginneren zugewandte Hohlraumbegrenzung bzw. -wandung kann aus einem elektrisch leitfähigen Material, bspw. Aluminium, gebildet sein und kann damit zugleich die innere Schicht der Abschirmeinrichtung bilden. Die Hohlraumwandung kann bspw. auch aus Kunststoff oder dotiertem Kunststoff gebildet sein, wobei die elektrisch leitfähige Schicht dann bspw. durch
Metallisierung, durch ein Aluminiumblech oder eine Aluminiumfolie, durch ein Spritzgussteil aus aluminiumdotiertem Kunststoff oder dergleichen gebildet sein kann. Die vorausgehend erläuterten Aufbautechnologien und Herstellmöglichkeiten für eine erfindungsgemäße Abschirmeinrichtung sind im Rahmen
fachmännischen Könnens auch miteinander kombinierbar.
Die erfindungsgemäße Abschirmeinrichtung ist für die Verwendung in einem Kraftfahrzeug, insbesondere einem Elektroauto oder Hybridelektro- kraftfahrzeug, vorgesehen. Das Kraftfahrzeug umfasst wenigstens eine Fahrzeugbatterie, insbesondere eine Fahr- bzw. Traktionsbatterie,
wenigstens eine am Unterboden angeordnete Induktionsspule bzw.
Sekundärspule zum Aufladen der Fahrzeugbatterie und wenigstens eine erfindungsgemäße Abschirmeinrichtung. Bei vielen bekannten Ladesystemen hat die Primärspule im Boden deutlich größere Abmessungen als die Sekundärspule im Fahrzeug. Aus diesem Grund sind auch die die Sekundärspule umgebenden Unterbodenbereiche des Fahrzeugs magnetischen Wechselfeldern ausgesetzt, wodurch
Ummagnetisierungsverluste und Wirbelströme verursacht sowie elektrische und elektronische Komponenten im Fahrzeug gestört werden können. Es ist daher sinnvoll, auch die Bereiche neben der fahrzeugseitigen Sekundärspule bzw. Fahrzeugspule abzuschirmen.
Bevorzugt ist daher vorgesehen, dass die Abschirmeinrichtung sowohl den Bereich der Induktionsspule als auch seitliche Bereiche neben der
Induktionsspule zum Fahrzeuginneren hin gegen magnetische Felder abschirmt.
Das Kraftfahrzeug kann eine am Unterboden angeordnete und aus Eisenoder Stahlträgern gebildete Schutzstruktur (Schutzrahmen) für die
Induktionsspule bzw. Sekundärspule aufweisen. Um hohe magnetische bzw. magnetische Feldstärken im Bereich der Eisen- bzw. Stahlträger zu vermeiden ist bevorzugt vorgesehen, dass die Schutzstruktur zumindest im Bereich der Induktionsspule von der Abschirmeinrichtung verdeckt bzw. abgedeckt und dadurch gegen die magnetischen Wechselfelder der
Primärspule abgeschirmt ist. Bevorzugt ist die Abschirmeinrichtung am bzw. im Unterboden angeordnet und ist insbesondere baulicher Bestandteil einer aus Kunststoff gebildeten Unterbodenverkleidung bzw. eines Unterbodenverkleidungsbauteils. Dies ist bspw. ein Unterfahrschutz. Die Unterbodenverkleidung bzw. das
Unterbodenverkleidungsbauteil ist bevorzugt ein Kunststoffspritzgussteil. Die Abschirmeinrichtung muss nicht mehr zwingend als separates Bauteil ausgeführt werden. Die bauliche Integration in die Unterbodenverkleidung bzw. das Unterbodenverkleidungsbauteil wird möglich durch die geringere Wärmeentwicklung in der Abschirmeinrichtung (s. o.). Die Integration erfolgt bevorzugt in bereits vorhandene Komponenten bzw. Bauteile, was die Herstellkosten und den Montageaufwand am Kraftfahrzeug in der Produktion verringert. Außerdem kann der Aufwand für Wartungsarbeiten am
Kraftfahrzeug verringert werden. Durch die nahezu freie Formbarkeit der Abschirmeinrichtung und der Unterbodenverkleidung bzw. des
Unterbodenverkleidungsbauteils können sich ferner Gewichts- und
Bauraumersparnisse ergeben.
Die Erfindung wird nachfolgend mit Bezug auf die Figuren näher erläutert. Die in den Figuren gezeigten und/oder nachfolgend erläuterten Merkmale können, auch losgelöst von konkreten Merkmalskombinationen, allgemeine Merkmale der Erfindung sein und die Erfindung weiterbilden.
Fig. 1 zeigt schematisch ein Kraftfahrzeug und ein induktives
Kraftfahrzeugladesystem während eines Ladevorgangs. Fig. 2 zeigt in einem vergrößert dargestellten Ausschnitt die Primärspule und die Sekundärspule des Kraftfahrzeugladesystems aus Fig. 1 sowie eine erfindungsgemäße Abschirmeinrichtung am Unterboden des Kraftfahrzeugs. Das in Fig. 1 gezeigte Kraftfahrzeug 100, bei dem es sich um ein Elektroauto oder ein Hybridelektrokraftfahrzeug handelt, hat eine aufladbare Fahrbatterie (elektrischer Energiespeicher) 1 10, die über das induktive
Kraftfahrzeugladesystem 200 kontaktlos aufgeladen werden kann. Zum Kraftfahrzeugladesystem 200 gehören eine im Erdboden oder dergleichen angeordnete Primärspule 210 und eine am Unterboden 120 des Kraftfahrzeugs 100 angeordnete Sekundärspule 220. Die infrastrukturseitige Primärspule 210 hat deutlich größere Abmessungen als die fahrzeugseitige Sekundärspule 220. Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist die Sekundärspule 220 durch eine aus Stahlträgern gebildete Schutzstruktur (Hilfs- bzw.
Crashramen) 130 geschützt, wobei es sich nicht um einen geschlossenen Rahmen handeln muss.
Bei einem induktiven Ladevorgang ist nicht nur die Sekundärspule 220 den zum Teil hohen magnetischen Feldstärken des Erregerfelds bzw. der magnetischen Wechselfelder H ausgesetzt, sondern auch die Schutzstruktur 130 sowie angrenzende Bereiche des Unterbodenblechs 120. Die
magnetischen Wechselfelder H können elektrische und elektronische Komponenten des Kraftfahrzeugs 100 stören sowie Wirbelströme und Ummagnetisierungsverluste, einschließlich damit einhergehender Wärme- bzw. Hitzeentwicklung, im Unterbodenblech 120 und in der Schutzstruktur 130 verursachen.
Am Unterboden 120 des Kraftfahrzeugs 100 ist eine Abschirmeinrichtung 140 angeordnet, wie in Fig. 2 gezeigt. Die gezeigte Abschirmeinrichtung 140 ist in Art und Weise wie ein räumlich geformtes und großflächig
ausgedehntes Abschirmblech ausgebildet, das entlang des
Fahrzeugunterbodens 120 und der Schutzstruktur 130 verläuft, allerdings die Sekundärspule 220 nicht bedeckt und somit die Energieübertragung zwischen Primärspule 210 und Sekundärspule 220 ungehindert zulässt. Die Abschirmeinrichtung 140 ist optimal an die Konturen des Unterbodens bzw. Unterbodenblechs 120 und Schutzstruktur 130 angepasst und weist ein geringes Gewicht auf. (Andere Ausführungsmöglichkeiten der
Abschirmeinrichtung 140 sind oben beschrieben.) Durch die
Abschirmeinrichtung 140 ist die fahrzeugseitige Induktionsspule 220 nach oben, zum Fahrzeuginneren hin abgeschirmt, wobei auch die seitlichen Bereiche neben der Induktionsspule 220, einschließlich der Schutzstruktur 130, nach oben, zum Fahrzeuginneren hin gegen die von der Primärspule 210 erzeugten magnetischen Wechselfelder H abgeschirmt sind. Die Abschirmeinrichtung 140 ist als Zwei-Komponenten-Abschirmelement ausgebildet, mit einer unteren, äußeren Schicht 141 , die aus einem elektrisch isolierenden und magnetisch permeablen Material, insbesondere Ferrit, gebildet ist, und einer oberen, inneren Schicht 142, die aus einem elektrisch leitfähigen Material, insbesondere Aluminium, gebildet ist. Die beiden
Schichten 141 und 142 sind bspw. mittels Klebefolie 143 flächig verklebt. Die magnetisch leitfähige und elektrisch nicht-leitfähige Schicht 141 an der Unterbzw. Außenseite befindet sich beim induktiven Laden im Bereich hoher magnetischer Feldstärken. Die elektrisch leitfähige Schicht 142 auf der Oberbzw. Innenseite befindet sich nahe dem Fahrzeugboden 120 und somit im Bereich geringerer magnetischer Feldstärken.
Die magnetischen Feldlinien der von der Primärspule 210 erzeugten magnetischen Wechselfelder H werden durch die untere, äußere Schicht 141 vom Fahrzeuginneren weggeleitet und insbesondere gezielt zur
Sekundärspule 220 geführt (Feldführung). Die magnetischen Wechselfelder H werden durch die untere Schicht 141 gedämpft und erzeugen in der oberen, inneren Schicht 142 Wirbelströme, die dem Erregerfeld H
entgegenwirken. Im Ergebnis wird eine sehr gute und verlustarme
Abschirmung des Bodenblechs 120, der Schutzstruktur 130 und anfälliger Komponenten, die sich oberhalb des Fahrzeugunterbodens 120 befinden, erreicht. Ferner kann auch eine elektrische Abschirmung erreicht werden.
Die Schichten 141 und 142 der Abschirmeinrichtung 140 können anders als gezeigt eine inhomogene Dicke aufweisen, um die Feldführung und
Abschirmwirkung lokal anzupassen.

Claims

Patentansprüche
Abschirmeinrichtung (140) für eine am Unterboden (120) eines
Kraftfahrzeugs (100) angeordnete Induktionsspule (220) zum Aufladen einer Fahrzeugbatterie (1 10),
gekennzeichnet durch
eine äußere Schicht (141 ), die aus einem elektrisch isolierenden und magnetisch permeablen Material gebildet ist, und eine innere Schicht (142), die aus einem elektrisch leitfähigen Material gebildet ist.
Abschirmeinrichtung (140) nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
die äußere Schicht (141 ) aus Ferrit gebildet ist oder zumindest Ferrit enthält.
Abschirmeinrichtung (140) nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
die innere Schicht (142) aus Aluminium oder Kupfer gebildet ist oder zumindest Aluminium oder Kupfer enthält.
Abschirmeinrichtung (140) nach einem der vorausgehenden
Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die innere Schicht (141 ) und die äußere Schicht (142) miteinander verklebt sind.
5. Abschirmeinrichtung (140) nach einem der vorausgehenden Ansprüche 2 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, dass die äußere Schicht (141 ) aus ferritdotiertem Kunststoff gebildet ist.
Abschirmeinrichtung (140) nach einem der vorausgehenden Ansprüche 2 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, dass
die äußere Schicht (141 ) aus einer Ferritfolie gebildet ist.
Abschirmeinrichtung (140) nach einem der vorausgehenden Ansprüche 2 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, dass
die äußere Schicht (141 ) aus Ferritkacheln gebildet ist.
8. Abschirmeinrichtung (140) nach einem der vorausgehenden Ansprüche 2 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, dass
die äußere Schicht (141 ) durch rieselfähiges Ferritpulver gebildet ist, das in wenigstens einem Hohlraum eingeschlossen ist.
9. Kraftfahrzeug (100), insbesondere Elektroauto oder Hybridelektro- kraftfahrzeug, mit wenigstens einer Fahrzeugbatterie (1 10), wenigstens einer am Unterboden angeordneten Induktionsspule (220) zum
Aufladen der Fahrzeugbatterie (1 10) und wenigstens einer
Abschirmeinrichtung (140) gemäß einem der vorausgehenden
Ansprüche.
10. Kraftfahrzeug (100) nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Abschirmeinrichtung (140) sowohl den Bereich der Induktionsspule (220) als auch seitliche Bereiche neben der Induktionsspule (220) zum Fahrzeuginneren hin gegen magnetische Felder (H) abschirmt.
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