WO2018146201A1 - Induktionsladevorrichtung - Google Patents

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Christopher Lämmle
Florin Moldovan
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Definitions

  • the invention relates to an induction charging device for an electrically operated motor vehicle.
  • the induction charging devices can be used for non-contact transmission of energy from an external source to an energy storage in the motor vehicle or directly in electrical consumers or in a drive.
  • the induction charging device has a charging arrangement with at least one secondary coil, wherein the energy store of the motor vehicle can be charged by coupling the secondary coil to a primary coil.
  • the secondary coil can be fixed to a motor vehicle floor, for example, so that the secondary coil can be coupled to the primary coil by approaching a floor level or height adjustable loading location.
  • the primary coil and the secondary coil can be designed, for example, in the form of a spiral flat coil or double-D coil.
  • an electric and a magnetic field are established between the secondary coil and the primary coil, which enable energy transfer from the source electrically connected to the primary coil source to the secondary coil electrically connected to the energy storage.
  • an at least partially ferrimagnetic or ferromag netic magnetic plate - for example, soft magnetic ferrites - in the charging arrangement the course of the magnetic and the electric field can be influenced in order to reduce the charging losses.
  • the charging process generates magnetic and electric field emissions, the amount of which increases with the charging power.
  • the field emissions are canceled. shields so as not to damage electronic devices in the motor vehicle and to exclude health effects on a human.
  • the induction charging device has an emission protection arrangement with a metal screen plate - for example of aluminum - which can absorb the field emissions during the charging process.
  • Such induction charging devices are known, for example, from EP 2 515 314 A1.
  • the charging power increases, so does the amount of heat accumulated on the magnetic disk and on the metal screen plate, which is to be released to the environment.
  • the heat can be dissipated only partially, which can lead to overheating of the induction charging device and their damage.
  • the dimensions of the metal screen plate, and thus the volume of construction and the weight of the induction charging device are increased.
  • the object of the invention is therefore to provide an induction charging device in which a higher charging power is possible and damage to the induction device is avoided by overheating.
  • the present invention is based on the general idea that the emission control device has a heat-transmitting active cooling arrangement fixed to the metal screen plate. Due to the active cooling arrangement, the heat accumulating on the induction charging device is actively dissipated, so that overheating of the induction charging device can be avoided and the charging power and the efficiency of the induction charging device can be increased. The higher charging power can consequently also reduce the charging time of the energy store.
  • the active cooling arrangement can be, for example, liquid cooling, in which a liquid cooling medium-for example water, coolant or oil-is guided through the cooling arrangement and the heat accumulating on the metal particle board decreases.
  • the heated cooling medium can be transported by a pump to a radiator, where the heat can then be released to the environment.
  • the cooling arrangement has at least one channel structure insert resting against the metal screen plate, by means of which a channel structure for the cooling medium is predetermined.
  • the channel structure dictated by the channel structure insert allows for longer contact of the cooling medium with the metal screen plate, so that a larger amount of heat can be released to the cooling medium and consequently removed from the metal screen plate.
  • the cooling arrangement may also include a plurality of channel structure inlays adjacent to the metal screen panel.
  • the channel structure of the individual channel structure inserts may be the same or different from each other. As a result, the flow velocity and the flow volume of the cooling medium and thus the heat transfer behavior in individual areas of the metal shield plate can be adjusted.
  • the channel structure can also be configured such that the cooling medium has a turbulent flow through the channel structure insert.
  • turbulent flow the heat transfer between a still cooled part of the cooling medium and an already heated part of the cooling medium is within the channel structure insert stronger, so that overall the heat transfer behavior of the cooling arrangement can be positively influenced.
  • the cooling arrangement has at least two channel structure inlays which lie against each other at least in regions and form at least one stack of inserts arranged on the metal screen plate.
  • the superimposed channel structure inserts can have the same or different channel structure in order to influence the flow behavior of the cooling medium in the cooling arrangement.
  • the turbulent flow in the cooling medium can be supported and the flow velocity and the flow volume of the cooling medium can be adapted.
  • the channel structures of the adjacent channel structure inserts have a lateral displacement from one another.
  • the channel structures of the superimposed channel structure inserts in the insert stack may also have a lateral displacement relative to one another.
  • the adjacent channel structure inserts and / or the superimposed channel structure inserts in the insert stack can have a lateral displacement relative to one another.
  • the lateral displacement of the channel structure inserts with a same channel structure to each other can support the turbulent flow in the cooling medium and the Increase heat transfer between the cooling arrangement and the metal shield plate.
  • the cooling arrangement has at least one adjoining the metal screen plate delimitation by which a cooling area of the cooling arrangement is limited.
  • the demarcation insert can be designed, for example, in the form of a peripheral edge, which is fixed to the metal screen plate in a fluid-tight manner by a material-locking connection, for example by soldering.
  • One or more channel structure inserts are disposed within the boundary liner and the cooling medium can flow only in the cooling region defined by the boundary liner.
  • An inlet and an outlet for the cooling medium, through which the cooling medium is introduced into the cooling arrangement and executed out of the cooling arrangement, can be provided on the delimitation insert.
  • the canal structure inlay is formed integrally at the delineation deposit.
  • the channel structure insert and the delineation insert can be made of aluminum in one production step, so that the production costs can be reduced.
  • the rigidity of the delineation insert and the channel structure insert can be increased, so that structural defects due to undesired deformation of the delimitation insert or the channel structure insert can be avoided.
  • the cooling arrangement has a tube cooling body with at least one coolant tube and with at least one coolant collector.
  • the ku hl medium raw r with the cooling medium is placed adjacent to the metal shield plate and exchanges the heat with the metal shield plate. As a result, the heat generated at the induction charging device is dissipated, so that overheating of the induction charging device can be avoided.
  • the cooling arrangement has a cooling lid.
  • the cooling cover can be fixed fluid-tight, for example, at the boundary insert or directly on the metal shield plate to prevent leakage of the cooling medium from the cooling arrangement.
  • the cooling cover can be fixed to the metal screen plate in order to protect the tube heat sink from external influences can. So that the cooling medium can be introduced into the cooling arrangement and executed out of the cooling arrangement, an inlet and an outlet can be provided on the cooling cover.
  • the cooling arrangement has a channel structure plate which has the channel structure on an inner side facing the metal screen plate.
  • the channel structure can be formed, for example, by a plurality of point-shaped or line-shaped integrally formed on the channel structure plate formations.
  • the formations may be arranged in an irregular pattern on the inside.
  • the channel structure may be formed by meander-shaped formations on the inside of the channel structure plate.
  • the channel structure plate can be made of aluminum, for example, in a deep-drawing process or in a milling process.
  • the rigidity of the channel structure plate can be influenced by the channel structure specifically to the Handling of the channel structure plate to facilitate and to avoid construction errors due to undesirable deformation of the channel structure plate.
  • An inlet and outlet can also be provided on the channel structure plate in order to be able to introduce the cooling medium into the cooling arrangement and to be able to carry it out of the cooling arrangement.
  • the induction charging device has a heat-conducting insert defined between the emission protection arrangement and the charging arrangement.
  • the heat conduction insert may be made of a thermally conductive material, such as thermally conductive pastes, filler ceramics, or polymeric materials.
  • the heat pipe insert connects the emission control assembly and the charging assembly without an air gap, thereby increasing the heat conduction between the emission control assembly and the charging assembly.
  • the emission protection arrangement is formed essentially planar in order to reduce the overall volume of the emission protection device.
  • a reduction in the volume of construction may be relevant.
  • the emission protection arrangement may not be flat and substantially follow a three-dimensional surface.
  • the shape of the emission protection arrangement can be adapted to a vehicle floor in order to reduce the volume of construction in a motor vehicle.
  • a protective edge arranged around the charging arrangement can also be provided on the emission protection arrangement in order to be able to shield the field emissions laterally.
  • the induction charging device has a power electronics unit for controlling the induction charging device.
  • the power electronics are provided for the transmission of electrical energy and can also generate heat during a charging process.
  • the power electronics unit is fixed to the emission protection arrangement on an underside facing the charging arrangement or on an upper side facing away from the charging arrangement.
  • the heat generated by the power electronics unit can be dissipated by the cooling arrangement, so that overheating of the power electronics unit is prevented.
  • Fig. 1 is an exploded view of an induction charging device with a
  • Fig. 2 is a view of the assembled induction charging apparatus shown in Fig. 1;
  • Fig. 3 is an exploded view of an induction charging device with a
  • Fig. 4 is a view of the assembled induction charging apparatus shown in Fig. 3;
  • Fig. 5 is an exploded view of an induction charging device with a
  • Fig. 6 is a view of the assembled induction charging apparatus shown in Fig. 5;
  • Fig. 7 is an exploded view of an induction charging device with a
  • Fig. 8 is an exploded view of the induction charging apparatus shown in Fig. 7, shown from below; 9 shows a side view of an induction charging device with a power electronics unit, which is arranged on an upper side of an emission protection arrangement facing away from the charging arrangement;
  • Fig. 10 is a view of the induction charging apparatus shown in Fig. 9, shown from above;
  • Fig. 11 is a view of the induction charging apparatus shown in Fig. 9, shown from below;
  • FIG. 12 shows a side view of an induction charging device with a power electronics unit, which is arranged on a top side of an emission protection arrangement facing the charging arrangement;
  • Fig. 13 is a view of the induction charging apparatus shown in Fig. 12, shown from above;
  • FIG. 14 is a bottom view of the induction charging apparatus shown in FIG. 12.
  • FIG. 14 is a bottom view of the induction charging apparatus shown in FIG. 12.
  • FIG. 1 shows an exploded view of an induction charging device 1 for an electrically operated motor vehicle.
  • FIG. 2 shows a view of the assembled induction charging device 1 shown in FIG.
  • the induction charging device 1 has a charging arrangement 2 with two induction coils 3, which are arranged in a coil housing 4.
  • An at least partially ferrimagnetic or ferromagnetic magnetic plate 5 is arranged on the induction coils 3 and can influence the course of the magnetic and the electric field.
  • a coil cover 6 covers the charging arrangement 2.
  • an emission protection arrangement 7 is arranged with a metal screen plate 8, for example made of aluminum, which can shield occurring during a inductive charging field emissions.
  • the emission protection arrangement 7 is substantially planar.
  • the emission protection arrangement 7 can alternatively follow a three-dimensional surface, in order for example to be able to shield the field emissions laterally from the charging arrangement 2.
  • the emission protection arrangement 7 has a heat-transmitting to the metal screen plate 8 defined active cooling arrangement 9.
  • the active cooling arrangement 9 the heat accumulating on the induction charging device 1 is actively removed, so that overheating of the induction charging device 1 is avoided and consequently the charging power of the induction charging device 1 can be increased.
  • the cooling arrangement 9 has two adjacent to the metal screen plate 8 channel structure inserts 10, through which a channel structure 1 1 for a cooling medium - for example, water or coolant - is given.
  • the cooling medium is passed through the channel structure 1 1 and decreases the heat accumulating on the metal screen plate 8.
  • a turbulent flow through the channel structure inserts 10 is supported, so that the heat exchange between the cooling medium and the metal screen plate 8 is increased.
  • the cooling arrangement 9 furthermore has a delimitation insert 12 bearing against the metal screen plate 8, which delimits a cooling region 13 of the cooling arrangement 9 with the inner channel structure inserts 10.
  • the delimitation insert 12 is fixed in a fluid-tight manner, for example, by a material connection to the metal screen plate 8.
  • the channel structure inserts 10 are integrally formed on the boundary liner 12 in this embodiment. As a result, the rigidity of the delineation insert 12 and the channel structure inserts 10 can be increased so that structural defects due to undesired deformation of the delineation insert 12 or the channel structure insert 10 are avoided.
  • the cooling arrangement 9 has a cooling cover 14.
  • the cooling cover 14 is fixed fluid-tight to the boundary insert 12 and has an inlet 15 and an outlet 16 for the cooling medium.
  • the induction charging device 1 has a heat conduction insert 17 defined between the emission protection arrangement 7 and the charging arrangement 2.
  • FIG. 3 shows an exploded view of the induction charging device 1 with the delimitation insert 12 and with the channel structure inserts 10.
  • FIG. 4 shows a view of the assembled induction charging device 1 shown in FIG.
  • the channel structure inserts 10 are separated from the demarcation liner 12 so that the manufacturing material of the channel structure inserts 10 and the fabrication material of the demarcation liner 12 may differ.
  • the demarcation insert 12 made of aluminum and the channel structure insert 10 may be made of a polymer material or a metal.
  • FIG. 5 shows an exploded view of the induction charging device 1 with a tube cooling body 18.
  • FIG. 6 shows a view of the assembled induction charging device 1 shown in FIG.
  • the tube cooling body 18 has a plurality of coolant tube 19 and a coolant collector 20.
  • the with the Coolant-filled coolant tube 19 are arranged adjacent to the metal screen plate 8 and exchange with the metal screen plate 8, the heat.
  • the cooling cover 14 is fixed to the metal screen plate 8 and protects the tube heat sink 18 from external influences.
  • FIG. 7 shows an exploded view from above of the induction charging device 1 with a channel structure plate 21.
  • FIG. 8 shows an exploded bottom view of the induction charging device 1 shown in FIG. 7.
  • the channel structure plate 21 has the channel structure 1 1 on an inner side 22 facing the metal screen plate 8.
  • the channel structure 1 1 is formed in this embodiment by a plurality of punctiform integrally formed on the channel structure plate 21 formations 23.
  • the formations 23 are arranged in a regular pattern on the channel structure plate 21. Alternatively, the formations 23 may be arranged in an irregular pattern on the channel structure plate 21 to assist a turbulent flow of the cooling medium through the channel structure 1 1 of the channel structure plate 21.
  • the channel structure plate 21 may be made of, for example, aluminum in a deep-drawing process or in a milling process.
  • the rigidity of the channel structure plate 21 can be influenced by the shape of the channel structure 1 1 targeted.
  • FIG. 9 shows a side view of the induction charging device 1 with a power electronics unit 24.
  • the induction charging device 1 shown in FIG. 9 is shown from above and in FIG. 11 from below.
  • the power electronics in the power electronics unit 24 is provided for the transmission of electrical energy and can also generate heat during a charging process.
  • the power electronics unit 24 is arranged on an upper side 25 of the emission protection arrangement 7 facing away from the charging arrangement 2.
  • Fig. 12 shows a side view of an induction charging device 1 with the power electronics unit 24.
  • the induction charging device 1 shown in Fig. 12 is shown from above and in Fig. 14 from below.
  • the power electronics unit 24 is arranged on an underside 26, facing the charging arrangement 2, of the emission protection arrangement 7.
  • the heat arising at the power electronics unit 24 can be dissipated through the cooling arrangement 9 of the emission protection arrangement 7 in order to avoid overheating of the power electronics unit 24.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Induktionsladevorrichtung (1) für ein elektrisch betriebenes Kraftfahrzeug, wobei die Induktionsladevorrichtung (1) eine Ladeanordnung (2) mit wenigstens einer Induktionsspule (3) und mit einer zumindest bereichsweise ferrimagnetischen oder ferromagnetischen Magnetplatte (5) aufweist, wobei die Induktionsladevorrichtung (1) eine an der Ladeanordnung (2) festgelegte Emissionsschutzanordnung (7) mit einer Metallschirmplatte (8) aufweist, um während eines induktiven Ladevorgangs anfallende Feldemissionen abzuschirmen, und wobei die Emissionsschutzanordnung (7) eine wärmeübertragend an der Metallschirmplatte (8) festgelegte aktive Kühlanordnung (9) aufweist.

Description

Induktionsladevornchtung
Die Erfindung betrifft eine Induktionsladevorrichtung für ein elektrisch betriebenes Kraftfahrzeug. Die Induktionsladevorrichtungen können zur berührungslosen Übertragung der Energie von einer externen Quelle zu einem Energiespeicher in dem Kraftfahrzeug oder direkt in elektrischen Verbrauchern oder in einem Antrieb eingesetzt werden.
Die Induktionsladevorrichtung weist dabei eine Ladeanordnung mit wenigstens einer Sekundärspule auf, wobei durch eine Kopplung der Sekundärspule mit einer Primärspule der Energiespeicher des Kraftfahrzeugs aufladbar ist. Die Sekundärspule kann beispielsweise an einem Kraftfahrzeugboden festgelegt werden, so dass durch das Anfahren einer bodenebenen oder in der Höhe verstellbaren Ladestelle die Sekundärspule mit der Primärspule gekoppelt werden kann. Die Primärspule und die Sekundärspule können dabei beispielsweise in Form einer Spiralflachspule oder Doppel-D-Spule ausgestaltet sein.
Bei dem Ladevorgang werden zwischen der Sekundärspule und der Primärspule ein elektrisches und ein magnetisches Feld aufgebaut, die eine Energieübertragung von der mit der Primärspule elektrisch leitend verbundenen Quelle zu dem mit der Sekundärspule elektrisch leitend verbundenen Energiespeicher ermöglichen. Durch eine zumindest bereichsweise ferrimagnetische oder ferromag netische Magnetplatte - beispielsweise mit weichmagnetischen Ferriten - in der Ladeanordnung kann der Verlauf des magnetischen sowie des elektrischen Feldes beeinflusst werden, um die Ladeverluste zu verringern.
Bei dem Ladevorgang entstehen magnetische und elektrische Feldemissionen, deren Höhe mit der Ladeleistung ansteigt. Die Feldemissionen werden abge- schirmt, um elektronische Geräte in dem Kraftfahrzeug nicht zu beschädigen sowie gesundheitliche Wirkungen auf einen Menschen auszuschließen. Zum Abschirmen der Feldemissionen weist die Induktionsladevorrichtung eine Emissionsschutzanordnung mit einer Metallschirmplatte - beispielsweise aus Aluminium - auf, die bei dem Ladevorgang die Feldemissionen auffangen kann. Derartige Induktionsladevorrichtungen sind beispielsweise aus EP 2 515 314 A1 bekannt.
Mit der steigenden Ladeleistung steigt auch die an der Magnetplatte und an der Metallschirmplatte anfallende Wärmemenge, die an die Umgebung abzugeben ist. Bei einer hohen Ladeleistung kann die Wärme nur teilweise abgeführt werden, was zu einem Überhitzen der Induktionsladevorrichtung und zu deren Beschädigung führen kann. Um die wärmeabgebende Oberfläche der Metallschirmplatte zu vergrößern, werden die Abmessungen der Metallschirmplatte und folglich das Bauvolumen sowie das Gewicht der Induktionsladevorrichtung erhöht.
Die Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Induktionsladevorrichtung bereitzustellen, bei der eine höhere Ladeleistung möglich wird und eine Beschädigung der Induktionsvorrichtung durch ein Überhitzen vermieden wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, dass die Emissionsschutzanordnung eine wärmeübertragend an der Metallschirmplatte festgelegte aktive Kühlanordnung aufweist. Durch die aktive Kühlanordnung wird die an der Induktionsladevorrichtung anfallende Wärme aktiv abgeführt, so dass ein Überhitzen der Induktionsladevorrichtung vermieden und die Ladeleistung sowie der Wirkungsgrad der Induktionsladevorrichtung erhöht werden können. Durch die höhere Ladeleistung kann folglich auch die Ladezeit des Energiespeichers reduziert werden.
Die aktive Kühlanordnung kann beispielsweise eine Flüssigkeitskühlung sein, bei der ein flüssiges Kühlmedium - beispielsweise Wasser, Kühlmittel oder Öl - durch die Kühlanordnung geführt wird und die an der Metallschirnnplatte anfallende Wärme abnimmt. Das aufgewärmte Kühlmedium kann mit einer Pumpe zu einem Radiator transportiert werden, in dem die Wärme anschließend an die Umgebung abgegeben werden kann.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung ist vorgesehen, dass die Kühlanordnung wenigstens eine an der Metallschirmplatte anliegende Kanalstruktureinlage aufweist, durch die eine Kanalstruktur für das Kühlmedium vorgegeben wird. Die durch die Kanalstruktureinlage vorgegebene Kanalstruktur ermöglicht einen längeren Kontakt des Kühlmediums mit der Metallschirmplatte, so dass eine höhere Wärmemenge an das Kühlmedium abgegeben und folglich von der Metallschirmplatte abgeführt werden kann.
Die Kühlanordnung kann auch mehrere Kanalstruktureinlagen aufweisen, die anliegend an der Metallschirmplatte nebeneinander angeordnet werden. Dabei kann die Kanalstruktur der einzelnen Kanalstruktureinlagen gleich oder voneinander unterschiedlich sein. Dadurch können die Strömungsgeschwindigkeit und das Strömungsvolumen des Kühlmediums und folglich das Wärmeübertragungsverhalten in einzelnen Bereichen der Metallschirmplatte angepasst werden.
Die Kanalstruktur kann auch derart ausgestaltet werden, dass das Kühlmedium eine turbulente Strömung durch die Kanalstruktureinlage aufweist. Bei der turbulenten Strömung ist die Wärmeübertragung zwischen einem noch gekühlten Teil des Kühlmediums und einem bereits erwärmten Teil des Kühlmediums innerhalb der Kanalstruktureinlage stärker, so dass insgesamt das Wärmeübertragungsverhalten der Kühlanordnung positiv beeinflusst werden kann.
Vorteilhafterweise ist bei einer Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung vorgesehen, dass die Kühlanordnung wenigstens zwei Kanalstruktureinlagen aufweist, die zumindest bereichsweise aufeinander liegen und wenigstens einen auf der Metallschirmplatte anliegend angeordneten Einlagenstapel bilden. Die aufeinanderliegenden Kanalstruktureinlagen können dabei gleiche oder unterschiedliche Kanalstruktur aufweisen, um das Fließverhalten des Kühlmediums in der Kühlanordnung zu beeinflussen. So kann dadurch beispielsweise die turbulente Strömung in dem Kühlmedium unterstützt werden sowie die Strömungsgeschwindigkeit und das Strömungsvolumen des Kühlmediums angepasst werden.
Bei einer Weiterbildung der erfindungsgemäßen Induktionsladevorrichtung ist vorgesehen, dass die Kanalstrukturen der nebeneinanderliegenden Kanalstruktureinlagen eine seitliche Verschiebung zueinander aufweisen. Alternativ oder zusätzlich können auch die Kanalstrukturen der aufeinanderliegenden Kanalstruktureinlagen in dem Einlagestapel eine seitliche Verschiebung zueinander aufweisen. Durch eine seitliche Verschiebung der Kanalstruktureinlagen zueinander wird die turbulente Strömung in dem Kühlmedium unterstützt, so dass die Wärmeübertragung zwischen der Kühlanordnung und der Metallschirmplatte erhöht wird.
Vorteilhafterweise ist vorgesehen, dass die nebeneinanderliegenden Kanalstruktureinlagen und/oder die aufeinanderliegenden Kanalstruktureinlagen im Einlagestapel eine seitliche Verschiebung zueinander aufweisen können. Die seitliche Verschiebung der Kanalstruktureinlagen mit einer gleichen Kanalstruktur zueinander kann die turbulente Strömung in dem Kühlmedium unterstützen und die Wärmeübertragung zwischen der Kühlanordnung und der Metallschirmplatte erhöhen.
Es ist bei einer Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung vorgesehen, dass die Kühlanordnung wenigstens eine an der Metallschirmplatte anliegende Abgrenzungseinlage aufweist, durch die ein Kühlungsbereich der Kühlanordnung begrenzt wird. Die Abgrenzungseinlage kann beispielsweise in Form eines Umlaufrandes ausgestaltet sein, der an der Metallschirmplatte fluiddicht durch eine stoffschlüssige Verbindung -beispielsweise durch ein Löten - festgelegt ist.
Eine oder mehrere Kanalstruktureinlagen werden innerhalb der Abgrenzungseinlage angeordnet und das Kühlmedium kann nur in dem durch die Abgrenzungseinlage begrenzten Kühlungsbereich fließen. An der Abgrenzungseinlage können ein Einlauf und ein Auslauf für das Kühlmedium vorgesehen sein, durch die das Kühlmedium in die Kühlanordnung eingeführt und aus der Kühlanordnung ausgeführt wird.
Bei einer Weiterbildung der Abgrenzungseinlage ist vorgesehen, dass die Kanalstruktureinlage an der Abgrenzungseinlage integral gebildet ist. So können die Kanalstruktureinlage und die Abgrenzungseinlage beispielsweise aus Aluminium in einem Fertigungsschritt hergestellt werden, so dass die Herstellungskosten reduziert werden können. Vorteilhafterweise kann dabei die Steifigkeit der Abgrenzungseinlage sowie der Kanalstruktureinlage erhöht werden, so dass Baufehler infolge einer unerwünschten Verformung der Abgrenzungseinlage oder der Kanalstruktureinlage vermieden werden können.
Bei einer Weiterbildung der erfindungsgemäßen Induktionsladevorrichtung ist vorgesehen, dass die Kühlanordnung einen Rohrkühlkörper mit wenigstens einem Kühlmittelrohr und mit wenigstens einem Kühlmittelsammler aufweist. Das Kü hl mittel roh r mit dem Kühlmedium wird anliegend an der Metallschirmplatte angeordnet und tauscht die Wärme mit der Metallschirmplatte aus. Dadurch wird die an der Induktionsladevorrichtung anfallende Wärme abgeführt, so dass ein Überhitzen der Induktionsladevorrichtung vermieden werden kann.
Vorteilhafterweise ist vorgesehen, dass die Kühlanordnung einen Kühldeckel aufweist. Der Kühldeckel kann dabei beispielsweise an der Abgrenzungseinlage oder direkt an der Metallschirmplatte fluiddicht festgelegt werden, um ein Auslaufen des Kühlmediums aus der Kühlanordnung zu verhindern. Bei dem Rohrkühlkörper kann der Kühldeckel an der Metallschirmplatte festgelegt werden, um den Rohrkühlkörper von äußeren Einwirkungen schützen zu können. Damit das Kühlmedium in die Kühlanordnung eingeführt und aus der Kühlanordnung ausgeführt werden kann, können an dem Kühldeckel ein Einlauf und ein Auslauf vorgesehen sein.
Bei einer Weiterbildung der erfindungsgemäßen Induktionsladevorrichtung ist vorgesehen, dass die Kühlanordnung eine Kanalstrukturplatte aufweist, die an einer der Metallschirmplatte zugewandten Innenseite die Kanalstruktur aufweist. Die Kanalstruktur kann beispielsweise durch mehrere punktförmige oder linien- förmige integral an der Kanalstrukturplatte ausgeformte Ausformungen gebildet sein. Um eine turbulente Strömung des Kühlmediums durch die Kanalstruktur zu unterstützen, können die Ausformungen in einem unregelmäßigen Muster an der Innenseite angeordnet werden. Alternativ oder zusätzlich kann die Kanalstruktur durch mäanderförmige Ausformungen an der Innenseite der Kanalstrukturplatte gebildet sein.
Die Kanalstrukturplatte kann beispielsweise aus Aluminium in einem Tiefziehverfahren oder in einem Fräsverfahren hergestellt werden. Die Steifigkeit der Kanalstrukturplatte kann durch die Kanalstruktur gezielt beeinflusst werden, um die Handhabung der Kanalstrukturplatte zu erleichtern sowie Baufehler infolge einer unerwünschten Verformung der Kanalstrukturplatte zu vermeiden. An der Kanal- strukturplatte können auch ein Einlauf und Auslauf vorgesehen sein, um das Kühlmedium in die Kühlanordnung einführen sowie aus der Kühlanordnung ausführen zu können.
Um die Wärmeabgabe von der Ladeanordnung an die Emissionsschutzanordnung zu erhöhen, ist bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Induktionsladevorrichtung vorgesehen, dass die Induktionsladevorrichtung eine zwischen der Emissionsschutzanordnung und der Ladeanordnung festgelegte Wärmeleitungseinlage aufweist. Die Wärmeleitungseinlage kann aus einem wärmeleitenden Material, wie beispielsweise wärmeleitende Pasten, Füllkeramiken oder Polymermaterialien, hergestellt sein. Die Wärmeleitungseinlage verbindet die Emissionsschutzanordnung und die Ladeanordnung ohne einen Luftspalt, wodurch die Wärmeleitung zwischen der Emissionsschutzanordnung und der Ladeanordnung erhöht wird.
Vorteilhafterweise ist vorgesehen, dass die Emissionsschutzanordnung im Wesentlichen eben ausgeformt ist, um das Bauvolumen der Emissionsschutzvorrichtung zu reduzieren. Insbesondere bei der Induktionsladevorrichtung für ein Kraftfahrzeug kann eine Reduktion des Bauvolumens relevant sein.
Alternativ kann die Emissionsschutzanordnung nicht eben ausgeformt sein und im Wesentlichen einer dreidimensionalen Oberfläche folgen. So kann die Form der Emissionsschutzanordnung beispielsweise an einen Fahrzeugboden ange- passt sein, um das Bauvolumen in einem Kraftfahrzeug zu reduzieren. Auch ein um die Ladeanordnung angeordneter Schutzrand kann an der Emissionsschutzanordnung vorgesehen sein, um die Feldemissionen seitlich abschirmen zu können. Bei einer Weiterbildung der erfindungsgemäßen Induktionsladevorrichtung ist vorgesehen, dass die Induktionsladevorrichtung eine Leistungselektronikeinheit zur Steuerung der Induktionsladevorrichtung aufweist. Die Leistungselektronik ist zur Übertragung der elektrischen Energie vorgesehen und kann bei einem Ladevorgang ebenfalls Wärme erzeugen.
Um die Leistungselektronikeinheit aktiv mit der Kühlanordnung kühlen zu können, ist vorteilhafterweise vorgesehen, dass die Leistungselektronikeinheit an der Emissionsschutzanordnung an einer der Ladeanordnung zugewandten Unterseite oder an einer der Ladeanordnung abgewandten Oberseite festgelegt ist. Die von der Leistungselektronikeinheit erzeugte Wärme kann durch die Kühlanordnung abgeführt werden, so dass ein Überhitzen der Leistungselektronikeinheit verhindert wird.
Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
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.
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. Es zeigen, jeweils schematisch
Fig. 1 eine Explosionsansicht einer Induktionsladevorrichtung mit einer
Abgrenzungseinlage und mit an der Abgrenzungseinlage integral gebildeten Kanalstruktureinlagen;
Fig. 2 eine Ansicht der in Fig. 1 dargestellten zusammengebauten Induktionsladevorrichtung;
Fig. 3 eine Explosionsansicht einer Induktionsladevorrichtung mit einer
Abgrenzungseinlage und mit Kanalstruktureinlagen;
Fig. 4 eine Ansicht der in Fig. 3 dargestellten zusammengebauten Induktionsladevorrichtung;
Fig. 5 eine Explosionsansicht einer Induktionsladevorrichtung mit einem
Rohrkühl körper;
Fig. 6 eine Ansicht der in Fig. 5 dargestellten zusammengebauten Induktionsladevorrichtung;
Fig. 7 eine Explosionsansicht einer Induktionsladevorrichtung mit einer
Kanalstrukturplatte, von oben gezeigt;
Fig. 8 eine Explosionsansicht der in Fig. 7 dargestellten Induktionsladevorrichtung, von unten gezeigt; Fig. 9 eine Seitenansicht einer Induktionsladevorrichtung mit einer Leistungselektronikeinheit, die an einer der Ladeanordnung abgewandten Oberseite einer Emissionsschutzanordnung angeordnet ist;
Fig. 10 eine Ansicht der in Fig. 9 dargestellten Induktionsladevorrichtung, von oben gezeigt;
Fig. 1 1 eine Ansicht der in Fig. 9 dargestellten Induktionsladevorrichtung, von unten gezeigt;
Fig. 12 eine Seitenansicht einer Induktionsladevorrichtung mit einer Leistungselektronikeinheit, die an einer der Ladeanordnung zugewandten Oberseite einer Emissionsschutzanordnung angeordnet ist;
Fig. 13 eine Ansicht der in Fig. 12 dargestellten Induktionsladevorrichtung, von oben gezeigt;
Fig. 14 eine Ansicht der in Fig. 12 dargestellten Induktionsladevorrichtung, von unten gezeigt.
Fig. 1 zeigt eine Explosionsansicht einer Induktionsladevorrichtung 1 für ein elektrisch betriebenes Kraftfahrzeug. In Fig. 2 ist eine Ansicht der in Fig. 1 dargestellten zusammengebauten Induktionsladevorrichtung 1 gezeigt. Die Induktionsladevorrichtung 1 weist eine Ladeanordnung 2 mit zwei Induktionsspulen 3 auf, die in einem Spulengehäuse 4 angeordnet sind. Eine zumindest bereichsweise ferrimagnetische oder ferromagnetische Magnetplatte 5 ist an den Induktionsspulen 3 angeordnet und kann den Verlauf des magnetischen sowie des elektrischen Feldes beeinflussen. Ein Spulendeckel 6 deckt die Ladeanordnung 2 ab. An der Ladeanordnung 2 ist eine Emissionsschutzanordnung 7 mit einer Metallschirmplatte 8 beispielsweise aus Aluminium angeordnet, die während eines induktiven Ladevorgangs anfallende Feldemissionen abschirmen kann. In diesem Ausführungsbeispiel ist die Emissionsschutzanordnung 7 im Wesentlichen eben ausgeformt. Die Emissionsschutzanordnung 7 kann jedoch alternativ einer dreidimensionalen Oberfläche folgen, um beispielsweise die Feldemissionen seitlich von der Ladeanordnung 2 abschirmen zu können.
Die Emissionsschutzanordnung 7 weist eine wärmeübertragend an der Metallschirmplatte 8 festgelegte aktive Kühlanordnung 9 auf. Durch die aktive Kühlanordnung 9 wird die an der Induktionsladevorrichtung 1 anfallende Wärme aktiv abgeführt, so dass ein Überhitzen der Induktionsladevorrichtung 1 vermieden und folglich die Ladeleistung der Induktionsladevorrichtung 1 erhöht werden kann.
Die Kühlanordnung 9 weist zwei an der Metallschirmplatte 8 anliegende Kanalstruktureinlagen 10 auf, durch die eine Kanalstruktur 1 1 für ein Kühlmedium - beispielsweise Wasser oder Kühlmittel - vorgegeben wird. Das Kühlmedium wird durch die Kanalstruktur 1 1 geführt und nimmt die an der Metallschirmplatte 8 anfallende Wärme ab. Durch die Kanalstruktur 1 1 wird eine turbulente Strömung durch die Kanalstruktureinlagen 10 unterstützt, so dass der Wärmeaustausch zwischen dem Kühlmedium und der Metallschirmplatte 8 erhöht wird.
Die Kühlanordnung 9 weist des Weiteren eine an der Metallschirmplatte 8 anliegende Abgrenzungseinlage 12 auf, die einen Kühlungsbereich 13 der Kühlanordnung 9 mit den innenliegenden Kanalstruktureinlagen 10 begrenzt. Die Abgrenzungseinlage 12 ist fluiddicht beispielsweise durch eine stoffschlüssige Verbindung an der Metallschirmplatte 8 festgelegt. Die Kanalstruktureinlagen 10 sind in diesem Ausführungsbeispiel integral an der Abgrenzungseinlage 12 gebildet. Dadurch können die Steifigkeit der Abgrenzungseinlage 12 sowie der Kanalstruktureinlagen 10 erhöht werden, so dass Baufehler infolge einer unerwünschten Verformung der Abgrenzungseinlage 12 oder der Kanalstruktureinlage 10 vermieden werden.
Um ein Auslaufen des Kühlmediums aus der Kühlanordnung 9 zu verhindern, weist die Kühlanordnung 9 einen Kühldeckel 14 auf. Der Kühldeckel 14 wird an der Abgrenzungseinlage 12 fluiddicht festgelegt und weist einen Einlauf 15 und einen Auslauf 16 für das Kühlmedium auf.
Um die Wärmeabgabe der Ladeanordnung 2 an die Emissionsschutzanordnung 7 zu erhöhen, weist die Induktionsladevorrichtung 1 eine zwischen der Emissionsschutzanordnung 7 und der Ladeanordnung 2 festgelegte Wärmeleitungseinlage 17 auf.
Fig. 3 zeigt eine Explosionsansicht der Induktionsladevorrichtung 1 mit der Abgrenzungseinlage 12 und mit den Kanalstruktureinlagen 10. In Fig. 4 ist eine Ansicht der in Fig. 3 dargestellten zusammengebauten Induktionsladevorrichtung 1 gezeigt. Hier sind die Kanalstruktureinlagen 10 von der Abgrenzungseinlage 12 getrennt, so dass das Herstellungsmaterial der Kanalstruktureinlagen 10 und das Herstellungsmaterial der Abgrenzungseinlage 12 sich unterscheiden können. So können die Abgrenzungseinlage 12 beispielsweise aus Aluminium und die Kanalstruktureinlage 10 aus einem Polymermaterial oder einem Metall hergestellt sein.
Fig. 5 zeigt eine Explosionsansicht der Induktionsladevorrichtung 1 mit einem Rohrkühlkörper 18. In Fig. 6 ist eine Ansicht der in Fig. 5 dargestellten zusammengebauten Induktionsladevorrichtung 1 gezeigt. Der Rohrkühl körper 18 weist mehrere Kühlmittelröhre 19 und einen Kühlmittelsammler 20 auf. Die mit dem Kühlmedium gefüllten Kühlmittelröhre 19 sind anliegend an der Metallschirmplat- te 8 angeordnet und tauschen mit der Metallschirmplatte 8 die Wärme aus.
Dadurch wird die an der Induktionsladevorrichtung 1 anfallende Wärme abgeführt, so dass ein Überhitzen der Induktionsladevorrichtung 1 vermieden werden kann. Der Kühldeckel 14 ist an der Metallschirmplatte 8 festgelegt und schützt den Rohrkühlkörper 18 von äußeren Einwirkungen.
Fig. 7 zeigt eine Explosionsansicht von oben der Induktionsladevorrichtung 1 mit einer Kanalstrukturplatte 21 . In Fig. 8 ist eine Explosionsansicht von unten der in Fig. 7 dargestellten Induktionsladevorrichtung 1 gezeigt. Die Kanalstrukturplatte 21 weist an einer der Metallschirmplatte 8 zugewandten Innenseite 22 die Kanalstruktur 1 1 auf. Die Kanalstruktur 1 1 ist in diesem Ausführungsbeispiel durch mehrere punktförmige integral an der Kanalstrukturplatte 21 ausgeformte Ausformungen 23 gebildet. Die Ausformungen 23 sind in einem regelmäßigen Muster an der Kanalstrukturplatte 21 angeordnet. Alternativ können die Ausformungen 23 in einem unregelmäßigen Muster an der Kanalstrukturplatte 21 angeordnet werden, um eine turbulente Strömung des Kühlmediums durch die Kanalstruktur 1 1 der Kanalstrukturplatte 21 zu unterstützen.
Die Kanalstrukturplatte 21 kann beispielsweise aus Aluminium in einem Tiefziehverfahren oder in einem Fräsverfahren hergestellt werden. Die Steifigkeit der Kanalstrukturplatte 21 kann durch die Form der Kanalstruktur 1 1 gezielt beeinflusst werden.
In diesem Ausführungsbeispiel ist kein Kühldeckel 14 vorgesehen. Die Kanalstrukturplatte 21 wird an der Metallschirmplatte 8 fluiddicht festgelegt und das Kühlmedium wird durch die Kanalstrukturplatte 21 in dem Kühlungsbereich 13 eingegrenzt. Der Einlauf 15 und der Auslauf 16 sind an der Kanalstrukturplatte 21 angeordnet. Fig. 9 zeigt eine Seitenansicht der Induktionsladevorrichtung 1 mit einer Leistungselektronikeinheit 24. In Fig. 10 ist die in Fig. 9 dargestellten Induktionsladevorrichtung 1 von oben und in Fig. 1 1 von unten gezeigt. Die Leistungselektronik in der Leistungselektronikeinheit 24 ist zur Übertragung der elektrischen Energie vorgesehen und kann bei einem Ladevorgang ebenfalls Wärme erzeugen. Um die Leistungselektronikeinheit 24 zu kühlen, ist in diesem Ausführungsbeispiel die Leistungselektronikeinheit 24 an einer der Ladeanordnung 2 abgewandten Oberseite 25 der Emissionsschutzanordnung 7 angeordnet. So kann die an der Leistungselektronikeinheit 24 anfallende Wärme durch die Kühlanordnung 9 der Emissionsschutzanordnung 7 abgeführt werden und ein Überhitzen der Leistungselektronikeinheit 24 vermieden werden.
Fig. 12 zeigt eine Seitenansicht einer Induktionsladevorrichtung 1 mit der Leistungselektronikeinheit 24. In Fig. 13 ist die in Fig. 12 dargestellte Induktionsladevorrichtung 1 von oben und in Fig. 14 von unten gezeigt. In diesem Ausführungsbeispiel ist die Leistungselektronikeinheit 24 an einer der Ladeanordnung 2 zugewandten Unterseite 26 der Emissionsschutzanordnung 7 angeordnet. Auch in diesem Ausführungsbeispiel kann die an der Leistungselektronikeinheit 24 anfallende Wärme durch die Kühlanordnung 9 der Emissionsschutzanordnung 7 abgeführt werden, um ein Überhitzen der Leistungselektronikeinheit 24 zu vermeiden.
Bezugszeichenliste
1 . Induktionsladevorhchtung
2. Ladeanordnung
3. Induktionsspule
4. Spulengehäuse
5. Magnetplatte
6. Spulendeckel
7. Emissionsschutzanordnung
8. Metallschirmplatte
9. Kühlanordnung
10. Kanalstruktureinlage
1 1 . Kanalstruktur
12. Abgrenzungseinlage
13. Kühlungsbereich
14. Kühldeckel
15. Einlauf
16. Auslauf
17. Wärmeleitungseinlage
18. Rohrkühlkörper
19. Kühlm ittel rohr
20. Kühlmittelsammler
21 . Kanalstrukturplatte
22. Innenseite der Kanalstrukturplatte
23. Ausformungen an der Kanalstrukturplatte 24. Leistungselektronikeinheit
25. Oberseite der Emissionsschutzanordnung
26. Unterseite der Emissionsschutzanordnung

Claims

Ansprüche
1 . Induktionsladevorrichtung (1 ) für ein elektrisch betriebenes Kraftfahrzeug, wobei die Induktionsladevorrichtung (1 ) eine Ladeanordnung (2) mit wenigstens einer Induktionsspule (3) und mit wenigstens einer zumindest bereichsweise fer- rimagnetischen oder ferromagnetischen Magnetplatte (5) aufweist, und wobei die Induktionsladevorrichtung (1 ) eine an der Ladeanordnung (2) festgelegte Emissionsschutzanordnung (7) mit einer Metallschirmplatte (8) aufweist, um während eines induktiven Ladevorgangs anfallende Feldemissionen abzuschirmen, dadurch gekennzeichnet, dass die Emissionsschutzanordnung (7) eine wärmeübertragend an der Metallschirmplatte (8) festgelegte aktive Kühlanordnung (9) aufweist.
2. Induktionsladevorrichtung (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlanordnung (9) wenigstens eine an der Metallschirmplatte (8) anliegende Kanalstruktureinlage (10) aufweist, durch die eine Kanalstruktur (1 1 ) für ein Kühlmedium vorgegeben wird.
3. Induktionsladevorrichtung (1 ) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlanordnung (9) wenigstens zwei Kanalstruktureinlagen (10) aufweist, die zumindest bereichsweise aufeinander liegen und wenigstens einen auf der Metallschirmplatte (8) anliegend angeordneten Einlagenstapel bilden.
4. Induktionsladevorrichtung (1 ) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kanalstrukturen (1 1 ) der nebeneinanderliegenden und/oder der aufeinanderliegenden Kanalstruktureinlagen (10) im Einlagestapel eine seitliche Verschiebung zueinander aufweisen, um eine turbulente Strömung des Kühlmediums in der Kühlanordnung (9) zu erzeugen.
5. Induktionsladevorrichtung (1 ) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die nebeneinanderliegenden und/oder die aufeinanderliegenden Kanalstruktureinlagen (10) im Einlagestapel eine seitliche Verschiebung zueinander aufweisen, um eine turbulente Strömung des Kühlmediums in der Kühlanordnung (9) zu erzeugen.
6. Induktionsladevorrichtung (1 ) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlanordnung (9) wenigstens eine an der Metallschirmplatte (8) anliegende Abgrenzungseinlage (12) aufweist, durch die ein Kühlungsbereich (13) der Kühlanordnung (9) begrenzt wird.
7. Induktionsladevorrichtung (1 ) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Kanalstruktureinlage (10) an der Abgrenzungseinlage (12) integral gebildet ist.
8. Induktionsladevorrichtung (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlanordnung (9) einen Rohrkühlkörper (18) mit wenigstens einem Kühlmittelrohr (19) und mit wenigstens einem Kühlmittelsammler (20) aufweist.
9. Induktionsladevorrichtung (1 ) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlanordnung (9) einen Kühldeckel (14) aufweist, um die Kühlanordnung (9) abzudecken.
10. Induktionsladevorrichtung (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlanordnung (9) eine Kanalstrukturplatte (21 ) aufweist, die an einer der Metallschirmplatte (8) zugewandten Innenseite (22) die Kanalstruktur (1 1 ) aufweist.
1 1 . Induktionsladevorrichtung (1 ) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Induktionsladevorrichtung (1 ) eine zwischen der Emissionsschutzanordnung (7) und der Ladeanordnung (2) festgelegte Wärmeleitungseinlage (17) aufweist, um die Wärmeabgabe der Ladeanordnung (2) an die Emissionsschutzanordnung (7) zu erhöhen.
12. Induktionsladevorrichtung (1 ) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Emissionsschutzanordnung (7) im Wesentlichen eben ausgeformt ist oder im Wesentlichen einer dreidimensionalen Oberfläche folgt.
13. Induktionsladevorrichtung (1 ) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Induktionsladevorrichtung (1 ) eine Leistungselektronikeinheit (24) zur Steuerung der Induktionsladevorrichtung (1 ) aufweist.
14. Induktionsladevorrichtung (1 ) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Leistungselektronikeinheit (24) an der Emissionsschutzanordnung (7) an einer der Ladeanordnung (2) zugewandten Unterseite (26) oder an einer der Ladeanordnung (2) abgewandten Oberseite (25) festgelegt ist, um die Leistungselektronikeinheit (24) mit der Kühlanordnung (9) kühlen zu können.
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