WO2023174607A1

WO2023174607A1 - Stationäre induktionsladeeinrichtung für ein fahrzeugladesystem

Info

Publication number: WO2023174607A1
Application number: PCT/EP2023/051861
Authority: WO
Inventors: Stefan Hirsch; Holger Schroth; Frank SYRBE
Original assignee: Mahle International Gmbh
Priority date: 2022-03-17
Filing date: 2023-01-26
Publication date: 2023-09-21
Also published as: DE102022202635A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine stationäre Induktionsladeeinrichtung (1) für ein Fahrzeugladesystem (2), - mit einem einen Gehäuseinnenraum (3) zumindest teilweise umgebenden Gehäuse (4) mit einem Boden (8), - mit einer Kühleinrichtung (5) zum Abführen der im Gehäuseinnenraum (3) im Betrieb der stationären Induktionsladeeinrichtung (1) anfallenden Abwärme, - wobei die Kühleinrichtung (5) einen von Luft (L) aus der äußeren Umgebung und einem Kühlmedium (K) fluidisch getrennt zueinander durchströmbaren Wärmeübertrager (6) aufweist, in welchem Wärme von dem Kühlmedium (K) auf die Luft (L) übertragbar ist, - wobei der Wärmeübertrager (6) im Wesentlichen liegend angeordnet ist und im Betrieb im Wesentlichen in Hochrichtung z von der Luft (L) durchströmt ist. Hierdurch lassen sich eine luftseitig druckverlustreduzierte Durchströmung des Wärmeübertragers (6) und eine verbesserte Kühlung der stationären Induktionsladeeinrichtung (1) erreichen.

Description

Stationäre Induktionsladeeinrichtung für ein Fahrzeugladesystem

Die Erfindung betrifft eine stationäre Induktionsladeeinrichtung für ein Fahrzeugladesystem sowie ein Fahrzeugladesystem mit einem solchen stationären Induktionsladeeinrichtung.

In heutigen Kraftfahrzeugen kommen sogenannte Traktionsbatterien beispielsweise bei Hybridfahrzeugen oder rein elektrisch betriebenen Fahrzeugen zum Antreiben des Kraftfahrzeugs zum Einsatz. Die Aufladung solcher Traktionsbatterien kann induktiv erfolgen. Hierzu ist es allgemein bekannt, fahrzeugseitig eine Induktionsspule vorzusehen, die mit einer stationären primären Induktionsspule einer stationären induktiven Ladeeinrichtung Zusammenwirken kann.

Als problematisch erweist sich bei einer solchen stationären Induktionsladeeinrichtung, dass deren elektrische und elektronische Komponenten in nicht unerheblichem Maße Abwärme erzeugen, die abgeführt werden muss.

Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Ausführungsform für eine stationäre Induktionsladeeinrichtung zu schaffen, mittels insbesondere eine im Betrieb entstehende Abwärme besser an die Umgebung abgegeben bzw. abgeführt werden kann.

Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.

Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, eine stationäre Induktionsladeeinrichtung hinsichtlich ihrer Leistungsfähigkeit dadurch zu verbes- sern, dass eine Kühleinrichtung zum Kühlen der stationären Induktionsladeeinrichtung, insbesondere zum Kühlen einer ersten Induktionsspule bzw. einer damit elektrisch verbundenen Leistungselektronik, vorgesehen und diese Kühleinrichtung zugleich derart ausgestaltet wird, dass ein luftseitiger Druckabfall an einem Wärmeübertrager minimiert wird. Durch die Minimierung des luftseitigen Druckabfalls kann mehr Luft durch den Wärmeübertrager geleitet und dadurch die stationäre Induktionsladeeinrichtung besser gekühlt werden. Durch den deutlich reduzierten Druckabfall genügt darüber hinaus zur Kühlung ein kostengünstigerer, kleinerer Lüfter, wodurch eine Geräuschentwicklung bei der Kühlung der stationären Induktionsladeeinrichtung minimiert werden kann. Die erfindungsgemäße stationäre Induktionsladeeinrichtung für ein Fahrzeugladesystem, welche beispielsweise als in oder auf einem Untergrund angeordnete Bodenbaugruppe ausgebildet ist, weist ein einen Gehäuseinnenraum zumindest teilweise umgebendes Gehäuse sowie insbesondere eine in diesem Gehäuseinnenraum angeordnete erste Induktionsspule, auch Primärspule genannt, und eine damit elektrisch verbundene Leistungselektronik zum Steuern der ersten Induktionsspule auf. Ebenfalls vorgesehen ist eine Kühleinrichtung zum Abführen der im Gehäuseinnenraum im Betrieb der Induktionsladeeinrichtung anfallenden Abwärme, wobei die Kühleinrichtung einen im Wesentlichen liegend angeordneten und von Luft L aus der Umgebung des Gehäuses und einem Kühlmedium K fluidisch getrennt zueinander durchström baren Wärmeübertrager aufweist, in welchem Wärme von dem Kühlmedium auf die Luft übertragbar ist. Der Wärmeübertrager der Kühleinrichtung ist nun erfindungsgemäß im Wesentlichen liegend angeordnet und im Betrieb daher im Wesentlichen in Hochrichtung z von der Luft durchströmt. Hierdurch ist es möglich, einen deutlich vergrößerten freien für die Luft zur Verfügung stehenden Durchströmungsquerschnitt in dem Wärmeübertrager zu schaffen, als dies beispielsweise bei einem stehend angeordneten Wärmeübertrager der Fall wäre. Durch den im Wesentlichen liegenden, das heißt insbesondere im Wesentlichen horizontal angeordneten Wärmeübertrager steht somit eine vergleichsweise große Durchströmungsfläche für die Luft zur Verfügung, wodurch ein luftseitiger Druckabfall beim Durchströmen des Wärmeübertragers minimiert werden kann. Durch den vergleichsweise großen Durchströmungsquerschnitt des Wärmeübertragers für Luft genügt auch ein leistungsschwächerer Lüfter zum Fördern des Luftstroms durch den Wärmeübertrager, wodurch die Kühleinrichtung nicht nur weniger Energie verbraucht, sondern durch den Einsatz eines kleineren Lüfters auch kostengünstiger ist und geräuschärmer betrieben werden kann, was insbesondere bei einem Anordnen der stationären Induktionsladeeinrichtung in oder nahe einem Wohngebiet von großem Vorteil ist. Durch den für die durchströmende Luft größeren zur Verfügung stehenden Strömungsquerschnitt kann auch die Kühlleistung des Wärmeübertragers deutlich verbessert werden, wodurch eine bessere Kühlung der stationären Induktionsladeeinrichtung, insbesondere deren Leistungselektronik bzw. erste Induktionsspule im Betrieb möglich ist. Hierdurch ist es möglich, mit beispielsweise einer höheren Ladeleistung und damit schneller zu Laden bzw. oder bei höheren Außentemperaturen, bei den die Wärmeabgabe erschwert ist, die Ladeleistung nicht drosseln zu müssen.

Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Induktionsladeeinrichtung weist der Wärmeübertrager in Längsrichtung x und in Querrichtung y eine größere Erstreckung auf als in Hochrichtung z. Je größer dabei die Erstreckung des Wärmeübertragers in Längsrichtung x und in Querrichtung y ist, umso größer ist ein für die Luft durchström barer Querschnitt im Wärmeübertrager und umso größer kann dessen Leistung, insbesondere Kühlleistung, sein. Durch den größeren Durchströmungsquerschnitt reduziert sich auch der Druckabfall. Dabei kann zusätzlich oder alternativ auch vorgesehen sein, dass der Wärmeübertrager in Querrichtung y eine größere Erstreckung aufweist als in Längsrichtung x. Hierdurch ist beispielsweise eine Anpassung des Wärmeübertragers hinsichtlich seiner Außenabmessungen an einen in einem seitlichen Bereich der stationären Induktionsladeeinrichtung vorhandenen Bauraum möglich. Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der stationären Induktionsladeeinrichtung ist der Wärmeübertrager um einen Winkel a zwischen 0° und 20° verdreht um die Querrichtung y (Querachse y) und damit schräg zu einem Boden des Gehäuses der stationären Induktionsladeeinrichtung angeordnet, so dass zwischen dem Boden und dem Wärmeübertrager ein keilförmiger Zwischenraum liegt. Im Bereich einer Lufteinlassöffnung liegt dabei vorzugsweise das dickere Ende des Keils. Eine derartige schräge Anordnung des Wärmeübertragers bietet den großen Vorteil, dass eine Montage und Demontage einer Filterkassette unter dem Wärmeübertrager in den Gehäuseinnenraum bzw. aus diesem heraus vereinfacht wird. Zudem kann eine bessere Luftverteilung über den gesamten Querschnitt des Wärmeübertragers und damit eine gleichmäßige Durchströmung des Wärmeübertragers mit Luft und eine verbesserte Kühlwirkung erreicht werden.

Zusätzlich oder alternativ kann vorgesehen sein, dass eine in Hochrichtung z projizierte Grundfläche des Wärmeübertragers mehr als 40%, insbesondere sogar mehr als 50% einer Grundfläche der Kühleinrichtung aufweist bzw. bedeckt. Hierdurch soll ein möglichst großer Anteil der Grundfläche des Gehäuses mit dem Wärmeübertrager überdeckt und dadurch ein möglichst großer Wärmeübertrager in den Gehäuseinnenraum angeordnet werden können. Je größer dabei der prozentuale Anteil der von dem Wärmeübertrager überdeckten Grundfläche des Bodens des Gehäuses der stationären Induktionsladeeinrichtung ist, umso größer ist die mit dem Wärmeübertrager erzielbare Kühlleistung. Eine solche Kühleinrichtung kann dabei einen oder mehrere Wärmeübertrager, Ventilatoren, Fluidpumpen, Ausgleichsbehälter, Filter, Netzteil und/oder ein Steuergerät umfassen.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Induktionsladeeinrichtung ist zumindest ein Lüfter zur Förderung der Luft durch den Wärmeübertrager vorgesehen, wobei eine Erstreckung des Lüfters in Längsrichtung x ca. 70 bis 130% der Erstreckung des Wärmeübertrages in eben dieser Längsrich- tung x beträgt. Alternativ ist selbstverständlich auch denkbar, dass eine Erstreckung des Lüfters in Querrichtung y ca. 70% bis 130% der Erstreckung des Wärmeübertragers in Querrichtung y beträgt. Ganz allgemein ist damit gemeint, dass eine Erstreckung des Lüfters, insbesondere des Laufrad-Durchmessers ca. 70% bis 130% der zweit größten Erstreckung des Wärmeübetragers beträgt.

Hierdurch soll erreicht werden, dass durch den Lüfter bzw. die Größe des Lüfters keine Beschränkung der Außenabmessungen des Wärmeübertragers erfolgt, so dass der Wärmeübertrager optimal an die Abmessungen des Gehäuseinnenraums angepasst werden kann und nicht beispielsweise durch die Größe eines zu großen Lüfters beschränkt wird. Selbstverständlich ist dabei auch denkbar, dass zwei oder mehr derartiger Lüfter vorgesehen sind, wobei sämtlichen Ausführungsformen dabei gemeinsein soll, dass die Größe der Lüfter an die Größe des Wärmeübertragers angepasst ist oder umgekehrt.

Zweckmäßig ist eine Tragstruktur vorgesehen, die den Wärmeübertrager und/oder den Lüfter mit Abstand in Hochrichtung z überbrückt und auf einer Seitenwand und/oder dem Boden des Gehäuses abgestützt ist. Durch die beabstandete Anordnung der Tragstruktur zum Wärmeübertrager und/oder zum Lüfter kann auch bei einem Überfahren der stationären Induktionsladeeinrichtung durch ein Kraftfahrzeug kein direkter Kontakt zwischen der Tragstruktur und dem Wärmeübertrager und/oder dem Lüfter erfolgen, wodurch der Wärmeübertrager und/oder der Lüfter gänzlich außerhalb eines Lastpfades und dadurch besonders geschützt angeordnet werden kann. Durch den in Hochrichtung z vorgesehenen Abstand zwischen der Tragstruktur und dem Wärmeübertrager und/oder dem Lüfter kann selbst bei einem Durchbiegen der Tragstruktur beim Überfahren durch ein Kraftfahrzeug kein Kontakt und damit keine Belastung des Wärmeübertragers und/oder des Lüfters erfolgen. Zweckmäßig ist die Tragstruktur aus Metall, beispielsweise aus Aluminium, oder aus faserverstärktem Kunststoff ausgebildet. Sowohl eine Ausbildung aus Metall als auch eine Ausbildung aus faserverstärktem Kunststoff ermöglicht eine vergleichsweise steife und tragfähige Ausgestaltung der Tragstruktur bei gleichzeitig geringen Abmessungen in Hochrichtung z. Hierdurch kann insbesondere eine Aufbauhöhe der stationären Induktionsladeeinrichtung geringgehalten werden.

Zusätzlich oder alternativ kann die Tragstruktur Bestandteil eines abnehmbaren Deckels sein, der in geöffnetem Zustand einen Zugang in den Gehäuseinnenraum, beispielsweise zur Wartung oder zum Austausch des Wärmeübertragers und/oder des Lüfters, ermöglicht. Hierdurch ist es möglich, die Tragstruktur zusammen mit dem Deckel, der beispielsweise über eine Dichtung gegenüber dem Gehäuse der stationären Induktionsladeeinrichtung abgedichtet ist, anzuheben und zu Wartungszwecken abzunehmen, wobei durch eine Integration bzw. Anbindung der Tragstruktur an den Deckel beim Abnehmen des Deckels auch die Tragstruktur entfernt und dadurch ein deutlich vergrößerter Zugang sowie ein deutlich vergrößerter Arbeitsbereich zu Wartungszwecken des Wärmeübertragers bzw. des Lüfters geschaffen werden können. Hierdurch lassen sich insbesondere Wartungsarbeiten deutlich einfacher und damit auch kostengünstiger gestalten.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen stationären Induktionsladeeinrichtung ist zumindest ein Luftfilter rohseitig, das heißt in Hochrichtung z unterhalb oder oberhalb des Wärmeübertragers angeordnet. Zusätzlich oder alternativ kann ein derartiger Luftfilter auch rohseitig, das heißt in Hochrichtung z unterhalb oder oberhalb eines bzw. des Lüfters angeordnet sein. Derartige Luftfilter filtern die durch den Wärmeübertrager strömende Luft und verhindern ein Verschmutzen des für die Luft zur Verfügung stehenden Durchströmungsquerschnitts im Wärmeübertrager bzw. im Lüfter, wodurch die Leistungsfähigkeit des Wärmeübertragers bzw. des Lüfters langfristig aufrechterhalten werden kann. Zweckmäßig ist der Luftfilter beabstandet zum Wärmeübertrager und/oder beab- standet zum Boden des Gehäuses der stationären Induktionsladeeinrichtung angeordnet. Durch die zum Boden beabstandete Anordnung des Luftfilters kann selbst bei einem unerwünschten Eindringen von Wasser ein direkter Kontakt zwischen dem Wasser und dem Luftfilter vermieden werden, wodurch der Luftfilter langfristig seine Filterwirkung behält. Durch einen Abstand zwischen dem beispielsweise rohseitig des Wärmeübertragers angeordneten Luftfilters und dem Wärmeübertrager selbst kann zwischen dem Luftfilter und dem Wärmeübertrager eine Verteilung des den später den Wärmeübertrager durchströmenden Luftstroms erreicht werden, wodurch eine Homogenisierung des Luftstroms und dadurch eine gleichmäßige Durchströmung des Wärmeübertragers sowie ein erhöhter Wärmeübertrag und damit eine verbesserte Kühlleistung erreicht werden können.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist eine Filterkassette (Filterträger) vorgesehen, die seitlich, insbesondere horizontal, in das Gehäuse einschiebbar ist und in welcher der zumindest eine Luftfilter angeordnet ist. Eine derartige Filterkassette, welche beispielsweise in der Art einer Filterschublade ausgebildet ist, ermöglicht einen vergleichsweise einfachen Austausch des Luftfilters, selbst wenn dieser in z-Richtung unterhalb des Wärmeübertragers angeordnet ist. Ist der Luftfilter in z-Richtung oberhalb des Wärmeübertragers angeordnet, so kann er beispielsweise durch Abnahme des Deckels einfach entnommen und ausgetauscht bzw. gereinigt werden.

Zweckmäßig weist die Filterkassette eine Spritzschutzwand auf. Eine derartige Spritzschutzwand verhindert ein unbeabsichtigtes und auch unerwünschtes Eindringen von Spritzwasser in den Gehäuseinnenraum und Verbunden damit einen unerwünschten Zutritt von Wasser zu beispielsweise zu dem Luftfilter bzw. Wärmeübertrager. Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist an einem Lufteinlass des Gehäuses eine Spritzschutzklappe vorgesehen, die schwerkraftbedingt oder federbedingt geöffnet ist und bei Auftreffen eines Wasserstrahls, beispielsweise Spritzwasser, schließt. Eine derartige Spritzschutzklappe verhindert dabei sowohl in konstruktiv äußerst einfacher Weise als auch kostengünstig einen unerwünschten Zutritt von Spritzwasser zum Luftfilter bzw. zum Wärmeübertrager und dadurch eine Beschädigung des Wärmeübertragers.

Zweckmäßig ist zumindest ein Grobschmutzfilter vorgesehen. Ein derartiges Grobschmutzfilter verhindert einen unerwünschten Zutritt von Grobschmutz, aber auch von beispielsweise Insekten oder Nagetieren in den Gehäuseinnenraum, wodurch beispielsweise fraß bedingte Schäden minimiert und beispielsweise sogar ausgeschlossen werden können. Alternativ ist auch denkbar, dass zwei Grobschmutzfilter vorgesehen sind, die schwerkraftbedingt oder federbedingt voneinander beab- standet sind und bei Auftreffen von Spritzwasser so aufeinandergepresst werden, dass kein Wasser in den Gehäuseinnenraum eindringt. Dies kann beispielsweise dadurch gelöst werden, dass die Großschmutzfilter jeweils eine gitterartige Struktur mit Gitterstegen und Gitteröffnungen aufweisen, wobei bei Auftreffen von Spritzwasser die Gitterstege des einen Grobschmutzfilters auf die Gitteröffnungen des anderen Grobschmutzfilters gelegt werden und diese dadurch verdecken. Dabei kann beispielsweise eine schwenkbare Anordnung eines der beiden Grobschmutzfilter vorgesehen werden. Der Grobschmutzfilter kann dabei auch am Eintritt der Filterkassette angeordnet sein, oder an einer Stelle, an der genügend freier Bauraum und damit genügend Querschnittsfläche zur Verfügung steht.

Die vorliegende Erfindung beruht weiter auf dem allgemeinen Gedanken, ein Fahrzeugladesystem mit einer in den vorherigen Absätzen beschriebenen stationären Induktionsladeeinrichtung sowie einer induktiv damit koppelbaren oder gekoppel- ten mobilen Induktionsladeeinrichtung anzugeben, die zum Einbau in ein Fahrzeug ausgebildet ist. Die stationäre Induktionsladeeinrichtung ist in diesem Fall als sogenanntes Ground Assembly (GA) ausgebildet, während die mobile Induktionsladeeinrichtung als sogenanntes Vehicle Assembly (VA) ausgebildet ist. Ein derartiges erfindungsgemäßes Fahrzeugladesystem ermöglicht dabei aufgrund der effektiven Kühlung ein schnelles und zugleich leises Laden des Elektrofahrzeugs, da durch den erfindungsgemäß liegend angeordneten Wärmeübertrager in der Kühleinrichtung der stationären Induktionsladeeinrichtung ein großer Durchströmungsquerschnitt des Wärmeübertragers zur Verfügung steht, der eine optimale Kühlung ermöglicht.

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 Schnittdarstellung durch eine erfindungsgemäße stationäre Induktionsladeeinrichtung für ein Fahrzeugladesystem mit geschlossenem Deckel, Fig. 2 eine Darstellung wie in Fig. 1 , jedoch bei einer anderen Tragstruktur und abgenommenem Deckel, wobei die Tragstruktur Bestandteil des Deckels ist,

Fig. 3 eine Draufsicht auf einen Gehäuseinnenraum mit einem Wärmeübertrager und einem Lüfter,

Fig. 4 eine Darstellung wie in Fig. 3, jedoch mit zwei Lüftern,

Fig. 5 eine weitere Schnittdarstellung durch eine weitere mögliche Ausführungsform einer stationären Induktionsladeeinrichtung mit einem als Bestandteil einer Filterkassette ausgebildeten Luftfilter bei eingeschobener Filterkassette,

Fig. 6 eine Darstellung wie in Fig. 5, jedoch mit herausgezogener Filterkassette,

Fig. 7 eine Darstellung wie in Fig. 5 mit Durchströmungspfeilen zur Verdeutlichung einer Luftströmung durch die stationäre Induktionsladeeinrichtung, den Luftfilter und den Wärmeübertrager,

Fig. 8 eine Darstellung wie in Fig. 7, jedoch mit einer an einem Deckel angeordneten Spritzschutzklappe in geöffnetem Zustand,

Fig. 9 eine Darstellung wie in Fig. 8, jedoch bei geschlossener Spritzschutzklappe,

Fig. 10 eine Schnittdarstellung durch eine erfindungsgemäße stationäre Induktionsladeeinrichtung mit einem stationären Grobschmutzfilter und einem beweglichen zweiten Grobschmutzfilter, wobei das zweite Grobschmutzfilter als Spritzschutzklappe ausgebildet ist,

Fig. 11 eine Darstellung wie in Fig. 10, bei aufeinanderliegenden Grob- schmutzfiltern,

Fig. 12 eine Darstellung wie in Fig. 10, jedoch bei herausgezogener Filterkassette,

Fig. 13 eine Schnittdarstellung durch eine mögliche Ausführungsform einer erfindungsgemäßen stationären Induktionsladeeinrichtung mit einer Luftströmung,

Fig. 14 eine weitere Schnittdarstellung durch eine mögliche Ausführungsform einer erfindungsgemäßen stationären Induktionsladeeinrichtung,

Fig. 15 eine Draufsicht auf eine mögliche Anordnung eines Wärmeübertragers und eines Lüfters in einer erfindungsgemäßen stationären Induktionsladeeinrichtung,

Fig. 16 eine Darstellung wie in Fig. 15, jedoch mit anders angeordnetem Wärmeübertrager und Lüfter.

Entsprechend den Fig. 1 bis 16 weist eine erfindungsgemäße stationäre Induktionsladeeinrichtung 1 für ein Fahrzeugladesystem 2 ein einen Gehäuseinnenraum 3 zumindest teilweise umgebendes Gehäuse 4 auf. In dem Gehäuseinnenraum 3 sind eine erste Induktionsspule 22 (Primärspule) sowie eine damit elektrisch verbundene Leistungselektronik 23 angeordnet (vgl. Fig. 14 bis 16). Über die erste Induktionsspule 22 kann Energie an eine fahrzeugseitige zweite Induktionsspule 24 (Sekundärspule) übertragen werden, um eine Batterie des Fahrzeugs aufzuladen. Ebenfalls vorgesehen ist eine Kühleinrichtung 5 zum Abführen der in dem Gehäuseinnenraum 3 im Betrieb der stationären Induktionsladeeinrichtung 1 anfallenden Abwärme. Der Gehäuseinnenraum 3 kann dabei zwischen der Kühleinrichtung 5 und der Induktionsspule ein Schott 25 aufweisen. Die Kühleinrichtung 5 weist einen im Wesentlichen liegend angeordneten und von Luft L aus der äußeren Umgebung und einem Kühlmedium K fluidisch getrennt zueinander durchström baren Wärmeübertrager 6 auf, in welchem Wärme von dem Kühlmedium K auf die Luft L übertragbar ist. Der Wärmeübertrager 6 ist dabei im Betrieb im Wesentlichen in Hochrichtung z bzw. leicht schräg dazu von der Luft L durchströmbar.

Durch die im Wesentlichen liegende Anordnung des Wärmeübertragers 6 kann dieser einen für die Luft L vergleichsweise großen Durchströmungsquerschnitt bereitstellen, wodurch einerseits ein luftseitiger Druckabfall minimiert und andererseits eine Durchströmung des Wärmeübertragers 6 und damit eine Kühlung der stationären Induktionsladeeinrichtung 1 gesteigert werden können. Durch den vergleichsweise großen Durchströmungsquerschnitt des Wärmeübertragers 6 kann auch ein Lüfter 7 (vgl. Fig. 3 und 4) kleiner und kostengünstiger ausgebildet bzw. mit geringerer Leistung betrieben werden, wodurch eine geringere Geräuschemission beim Betrieb der stationären Induktionsladeeinrichtung 1 zu erwarten ist, was insbesondere bei einer Anordnung der stationären Induktionsladeeinrichtung 1 nahe oder in einem Wohngebiet von großem Vorteil ist. Eine von dem Lüfter 7 angesaugte Luft ist dabei mit dem Bezugszeichen 26 bezeichnet, während die vom Lüfter 7 ausgeblasene Luft mit dem Bezugszeichen 27 bezeichnet ist. Durch die höhere Kühlleistung der Kühleinrichtung 5 lassen sich insbesondere die erste Induktionsspule 22 und die damit verbundene Leistungselektronik 23 besser kühlen, wodurch die stationäre Induktionsladeeinrichtung 1 insgesamt mit einer höheren Ladeleistung betrieben werden kann, wodurch sich Ladezeiten, für beispielsweise ein Elektrofahrzeug, reduzieren. Auch muss bei höheren Außentemperaturen, bei denen die Wärmeabgabe erschwert ist, die Ladeleistung nicht gedrosselt werden, was ebenfalls zu einem beschleunigten Ladevorgang führt.

In den Fig. 3, 4 sowie 14 bis 16 ist der Lüfter 7 bauraumbedingt neben dem Wärmeübertrager 6 angeordnet und saugt die Luft L axial an und bläst sie radial aus. Generell kann der Lüfter 7 dem Wärmeübertrager 6 vor- oder nachgeschaltet sein.

Betrachtet man die Ausführungsformen der unterschiedlichen Wärmeübertrager 6 entsprechend den Fig. 1 bis 16, so kann man erkennen, dass der Wärmeübertrager 6 in Längsrichtung x und in Querrichtung y eine größere Erstreckung aufweist als in Hochrichtung z, woraus der vergleichsweise große von der Luft L durch- strömbare Querschnitt des Wärmeübertragers 6 und damit einhergehend dessen hohe Kühlleistung resultieren.

Betrachtet man weiterhin die Fig. 1 , 2 sowie 5 bis 12 und 14, so kann man erkennen, dass der jeweilige Wärmeübertrager 6 um einen Winkel a zwischen 0 und 20° verdreht um die Querrichtung y bzw. die Querachse und damit schräg zu einem Boden 8 des Gehäuses 4 angeordnet ist, so dass zwischen dem Boden 8 und dem Wärmeübertrager 6 ein keilförmiger Zwischenraum 9 liegt. Ein dickeres Ende des keilförmigen Zwischenraums 9 liegt dabei auf der Seite eines Lufteinlasses 10. Durch die leicht geneigte Anordnung des Wärmeübertragers 6 zur beispielsweise der Horizontalen, kann sowohl eine leichtere Montage bzw. Demontage der Filterkassette(n) 16 erreicht werden, ebenso wie eine verbesserte Luftströmung bzw. Luftverteilung rohseitig des Wärmeübertragers 6, wodurch dieser gleichmäßiger durchströmt werden kann und dadurch eine höhere Kühlleistung erreicht.

Betrachtet man die Ausführungsformen der erfindungsgemäßen stationären Induktionsladeeinrichtung 1 entsprechend den Fig. 3 und 4, so kann man erkennen, dass eine in Hochrichtung z projizierte Grundfläche des Wärmeübertragers 6 mehr als 40%, insbesondere mehr als 50%, einer Grundfläche der Kühleinrichtung 5, die zusätzlich auch noch den Lüfter 7 aufweist, zeigt.

Durch den vergleichsweise großen prozentualen Anteil der Fläche des Wärmeübertragers 6 in Bezug auf die Fläche der Kühleinrichtung 5 können eine hohe Kühlleistung, ein geringer luftseitiger Druckabfall und ein schnelles Laden beispielsweise eines Elektrofahrzeugs erreicht werden.

Betrachtet man die Fig. 3 und 4 näher, so kann man erkennen, dass zumindest ein Lüfter 7, gemäß der Fig. 4 beide Lüfter 7, eine Erstreckung in Längsrichtung x aufweisen, die im Wesentlichen gleich der Erstreckung des Wärmeübertragers 6 in Längsrichtung x ist. Rein theoretisch kann dabei die Erstreckung des Lüfters 7 bzw. der Lüfter 7 in Längsrichtung x zwischen 70 und 130% der Erstreckung des Wärmeübertragers 6 in Längsrichtung x betragen (vgl. Fig. 15). Hierdurch kann gewährleistet werden, dass eine Ausnutzung des Gehäuseinnenraums 3 im Wesentlichen durch die Fläche bzw. Größe des Wärmeübertragers 6 und nicht durch die Größe des bzw. der Lüfter 7 bestimmt wird. Alternativ ist auch denkbar, dass eine Erstreckung des Lüfters 7 in Querrichtung y ca. 70% bis 130% der Erstreckung des Wärmeübertragers 6 in Querrichtung y beträgt (vgl. Fig. 16), bzw. dass eine Erstreckung des Lüfters 7, insbesondere eines Laufrad-Durchmessers des Lüfters 7 ca. 70% bis 130% der zweit größten Erstreckung des Wärmeübetragers 6 beträgt.

Darüber hinaus ist beispielsweise in den Fig. 1 sowie 5 bis 12 und 14 eine Tragstruktur 11 vorgesehen, die den Wärmeübertrager 6 und/oder den Lüfter 7 mit Abstand in Hochrichtung z überbrückt und beispielsweise auf einer Seitenwand 12 und/oder dem Boden 8 des Gehäuses 4 abgestützt ist. Durch den Abstand der Tragstruktur 11 in Hochrichtung z sowohl zum Wärmeübertrager 6 als vorzugsweise auch zum Lüfter 7 kann auch ein Befahren der stationären Induktionsladeinrichtung 1 und ein damit einhergehenden Verformen der Tragstruktur 11 nicht zu einem direkten lastübertragenden Kontakt zwischen der Tragstruktur 11 und dem Wärmeübertrager 6 bzw. dem Lüfter 7 führen, wodurch diese außerhalb des Lastpfades und damit geschützt angeordnet werden können. Die Tragstruktur 11 kann dabei aus Metall oder aus faserverstärktem Kunststoff ausgebildet sein, wodurch einerseits eine hohe Festigkeit und Steifigkeit und andererseits sowohl ein geringes Gewicht als auch eine geringe Bauhöhe in Hochrichtung z erreicht werden können, was insbesondere bei der stationären Induktionsladeeinrichtung 1 , die üblicherweise in oder auf einem Untergrund angeordnet ist, von großem Vorteil ist.

Die Tragstruktur 11 kann dabei auch Bestandteil eines abnehmbaren Deckels 13 (vgl. Fig. 2) sein und dadurch zusammen mit einem Abnehmen des Deckels 13 von der stationären Induktionsladeeinrichtung 1 abgehoben werden. Hierdurch ist es möglich, einen nochmals vergrößerten Zugang bzw. eine nochmals vergrößerte Arbeitsöffnung in den Gehäuseinnenraum 3 zu schaffen, in welchem der Wärmeübertrager 6 und der Lüfter 7 angeordnet sind, wodurch insbesondere eine Wartung bzw. auch ein Austausch sowohl des Wärmeübertragers 6 als auch des Lüfters 7 vereinfacht und damit kostengünstiger gestaltet werden können.

Betrachtet man die Fig. 5 bis 13, so kann man erkennen, dass zumindest ein Luftfilter 14 rohseitig, das heißt in Hochrichtung z unterhalb des Wärmeübertragers 6 vorgesehen ist. Hierdurch kann die den Wärmeübertrager s anschließend durchströmende Luft L vorab gereinigt werden, wodurch insbesondere eine Verschmutzung des Wärmeübertragers 6 und damit ein stetig zunehmender Leistungsabfall desselben vermieden werden können. Rein theoretisch kann selbstverständlich alternativ auch oberhalb des Wärmeübertragers 6 ein Luftfilter 14 angeordnet sein (nicht gezeigt). Der Luftfilter 14 sollte dabei so groß wie möglich sein, um einen Druckabfall zu minimieren. Der Luftfilter 14 ist dabei in Hochrichtung z beabstandet zum Wärmeübertrager 6 angeordnet, wodurch zwischen dem Luftfilter 14 beabstandet zum Wärmeübertrager 6 und/oder Abstand zum Boden 8 des Gehäuses 4 angeordnet ist. Durch die beabstandete Anordnung zum Wärmeübertrager 6 ist eine Vergleichmäßigung des durch den Luftfilter 14 strömenden Luftstroms bzw. der Luft L vor Eintritt in den Wärmeübertrager 6 möglich, wodurch der Wärmeübertrager 6 anschließend gleichmäßig durchströmt werden kann, woraus eine hohe Kühlleistung resultiert. Durch die beabstandete Anordnung des Luftfilters 14 zum Boden 8 des Gehäuses 4 kann zudem verhindert werden, dass bei einem unbeabsichtigten Eindringen von Spritzwasser 15 der Luftfilter 14 mit dem Wasser bzw. Spritzwasser 15 in Kontakt kommt und beispielsweise beschädigt wird oder hygienische Probleme entstehen.

Der Luftfilter 14 kann dabei auch Bestandteil einer Filterkassette 16 (vgl. die Fig. 5, 6 und 10 bis 13 sein, wodurch eine Entnahme bzw. eine Montage des Luftfilters 6 beispielsweise durch ein einfaches schubladenartiges Einschieben in das Gehäuse 4 unter den Wärmeübertrager 6 ermöglicht wird. Bei einer Anordnung des Luftfilters 14 oberhalb des Wärmeübertragers 6 kann der Luftfilter 14 einfach über eine Abnahme des Deckels 13 zugänglich gemacht und beispielsweise ausgetauscht werden. Dass der Luftfilter 14 an einer tiefliegenden seitlichen Stelle entnommen werden kann, ist vorteilhaft, weil Öffnungen im Deckel 13 optisch und verschmutzungstechnisch nachteilig sind. Weiterhin kann so durch eine relativ kleine und unauffällig angeordnete Öffnung ein großer Luftfilter 14 montiert werden.

Die Filterkassette 16 kann optional - wie dies in den Fig. 5 und 6 gezeigt ist - darüber hinaus eine Spritzschutzwand 17 aufweisen, die ein unerwünschtes Eindringen von Spritzwasser 15 in den Gehäuseinnenraum 3 zuverlässig vermeidet. Darüber hinaus vorgesehen sein kann eine Erfassungseinrichtung 18 zur Erfassung des Vorhandenseins des zumindest einen Luftfilters 14 sowie eine kommunizierend mit der Erfassungseinrichtung 18 verbundene Auswerteeinrichtung 19, wobei die Auswerteeinrichtung 19 derart ausgebildet ist, dass sie einen Betrieb der Induktionsladeeinrichtung 1 nur dann erlaubt bzw. ermöglicht, sofern die Erfassungseinrichtung 18 das Vorhandensein des Luftfilters 14 erfasst hat. Hierdurch soll ein Betrieb der stationären Induktionsladeeinrichtung 1 ohne Luftfilter 14 zuverlässig ausgeschlossen werden. In gleicher Weise kann die Erfassungseinrichtung 18 auch ein korrektes Verschließen des Deckels 13 erfassen, wobei in diesem Fall die Auswerteeinrichtung 19 den Betrieb der stationären Induktionsladeeinrichtung 1 unterbindet, sofern der Deckel 13 nicht seine vordefinierte Einbaustellung eingenommen hat.

Betrachtet man darüber hinaus die Ausführungsformen der stationären Induktionsladeeinrichtung 1 gemäß den Fig. 8 und 9, so kann man erkennen, dass dort im Bereich des Lufteinlasses 10 eine Spritzschutzklappe 20 angeordnet ist, die beispielsweise schwerkraftbedingt, bzw. federbedingt geöffnet ist (vgl. Fig. 8) und bei Auftreffen von Spritzwasser (vgl. Fig. 9) schließt und damit einen Zutritt von Spritzwasser 15 bzw. generell von Wasser zum Luftfilter 14 bzw. zum Wärmeübertrager 6 und/oder dem Lüfter 7 unterbindet.

Des Weiteren vorgesehen sein kann zumindest ein Grobschmutzfilter 21 , welches auch als Grobschutzgitter ausgebildet sein kann und eine Vorfiltration der in den Gehäuseinnenraum 3 bzw. zum Wärmeübertrager 6 strömenden Luft L bewirkt. Ein derartiges Grobschmutzfilter 21 bzw. auch Grobschmutzgitter verhindert zudem einen Zutritt von Insekten und/oder Nagetieren in den Gehäuseinnenraum 3, wodurch eine weitere Schutzfunktion für die stationäre Induktionsladeeinrichtung 1 geschaffen werden kann. Entsprechend den Fig. 10 und 11 sind dabei zwei Grobschmutzfilter 21 und 21' vorgesehen, wobei das Grobschmutzfilter 21' beispielsweise schwenkbar ausgebildet ist und bei Auftreffen von Spritzwasser 15 dicht auf das Grobschmutzfilter 21 gelegt wird. Jedes der Grobschmutzfilter 21 , 21' besitzt dabei eine gitterartige Struktur mit Gitterstegen und Gitteröffnungen, wobei die Gitterstege des einen Grobschmutzfilters 2T, 21 sich bei einem Aufeinanderlegen der beiden Grobschmutzfilter 21 , 21' so auf die Gitteröffnungen des anderen Grobschmutzfilters 21 , 21' legen, dass die Gitterstege des einen Grobschmutzfilters 21 die Gitteröffnungen des anderen Grobschmutzfilters 21' verschließen. Ein derartiger Zustand ist beispielsweise in Fig. 11 gezeigt. In diesem Fall ist somit das Grobschmutzfilter 21' zugleich als Spritzschutzklappe 20 ausgebildet.

Der Grobschmutzfilter 21 , 21' kann dabei auch am Eintritt der Filterkassette 16 angeordnet sein, oder an einer Stelle, an der genügend freier Bauraum und damit genügend Querschnittsfläche zur Verfügung steht und damit mehr Filterfläche bereitgestellt werden kann.

Die stationäre Induktionsladeeinrichtung 1 kann dabei Bestandteil eines Fahrzeugladesystems 2 sein, wozu zusätzlich noch ein induktiv mit der stationären Induktionsladeeinrichtung 1 koppelbare bzw. gekoppelte mobile Induktionsladeeinrichtung mit einer zweiten Induktionsspule 24 vorgesehen ist, die in einem Fahrzeug, insbesondere einem Elektrofahrzeug, eingebaut ist.

Mit dem erfindungsgemäßen Fahrzeugladesystem 2 und der erfindungsgemäßen stationären Induktionsladeeinrichtung 1 lassen sich eine deutlich verbesserte und zugleich geräuschärmere Kühlung der stationären Induktionsladeeinrichtung 1 und damit eine höhere Ladeleistung derselben erreichen.

Claims

Patentansprüche Stationäre Induktionsladeeinrichtung (1 ) für ein Fahrzeugladesystem (2), mit einem einen Gehäuseinnenraum (3) zumindest teilweise umgebenden Gehäuse (4) mit einem Boden (8), mit einer Kühleinrichtung (5) zum Abführen der im Gehäuseinnenraum (3) im Betrieb der Induktionsladeeinrichtung (1 ) anfallenden Abwärme, wobei die Kühleinrichtung (5) einen von Luft (L) aus der äußeren Umgebung und einem Kühlmedium (K) fluidisch getrennt zueinander durchströmbaren Wärmeübertrager (6) aufweist, in welchem Wärme von dem Kühlmedium (K) auf die Luft (L) übertragbar ist, wobei der Wärmeübertrager (6) im Wesentlichen liegend angeordnet ist und im Betrieb im Wesentlichen in Hochrichtung z von der Luft (L) durchströmt ist. Stationäre Induktionsladeeinrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeübertrager (6) in Längsrichtung x und in Querrichtung y eine größere Erstreckung aufweist als in Hochrichtung z. Stationäre Induktionsladeeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeübertrager (6) in Querrichtung y eine größere Erstreckung aufweist als in Längsrichtung x. Stationäre Induktionsladeeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, - dass der Wärmeübertrager (6) um einen Winkel a von 0° < a < 20° um die Querrichtung y verdreht und damit schräg zu einem Boden (8) des Gehäuses (4) angeordnet ist, sodass zwischen dem Boden (8) und dem Wärmeübertrager (6) ein keilförmiger Zwischenraum (9) liegt, und/oder

- dass eine in Hochrichtung z projizierte Grundfläche des Wärmeübertragers (6) mehr als 40%, insbesondere mehr als 50%, einer Grundfläche der Kühleinrichtung (5) aufweist. Stationäre Induktionsladeeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,

- dass zumindest ein Lüfter (7) zur Förderung der Luft (L) durch den Wärmeübertrager (6) vorgesehen ist, wobei eine Erstreckung des Lüfters (7) in Längsrichtung x ca. 70% bis 130% der Erstreckung des Wärmeübertragers (6) in Längsrichtung x beträgt, oder

- dass zumindest ein Lüfter (7) zur Förderung der Luft (L) durch den Wärmeübertrager (6) vorgesehen ist, wobei eine Erstreckung des Lüfters (7) in Querrichtung y ca. 70% bis 130% der Erstreckung des Wärmeübertragers (6) in Querrichtung y beträgt. Stationäre Induktionsladeeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Tragstruktur (11 ) vorgesehen ist, die den Wärmeübertrager (6) und/oder einen/den Lüfter (7) mit Abstand in Hochrichtung z überbrückt und auf einer Seitenwand (12) und/oder dem Boden (8) des Gehäuses (4) abgestützt ist. Stationäre Induktionsladeeinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, - dass die Tragstruktur (11 ) aus Metall oder aus faserverstärktem Kunststoff ausgebildet ist, und/oder

- dass die Tragstruktur (11 ) Bestandteil eines abnehmbaren Deckels (13) ist, der in geöffnetem Zustand einen Zugang in den Gehäuseinnenraum (3) ermöglicht. Stationäre Induktionsladeeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,

- dass zumindest ein Luftfilter (14) rohseitig, das heißt in Hochrichtung z unterhalb oder oberhalb des Wärmeübertragers (6) vorgesehen ist, oder

- dass zumindest ein Luftfilter (14) rohseitig, das heißt saugseitig des Lüfters (7) in Hochrichtung z unterhalb oder oberhalb eines/des Lüfters (7) vorgesehen ist. Stationäre Induktionsladeeinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Luftfilter (14) beabstandet zum Wärmeübertrager (6) und/oder beab- standet zum Boden (8) des Gehäuses (4) angeordnet ist. Stationäre Induktionsladeeinrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine Filterkassette (16) vorgesehen ist, die von der Seite aus in den Gehäuseinnenraum (3) einschiebbar ist und in welcher der zumindest eine Luftfilter (14) angeordnet ist. Stationäre Induktionsladeeinrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Filterkassette (16) eine Spritzschutzwand (17) aufweist. Stationäre Induktionsladeeinrichtung nach eine der Ansprüche 8 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass eine Erfassungseinrichtung (18) zur Erfassung des Vorhandenseins des zumindest einen Luftfilters (14) und eine kommunizierend mit der Erfassungseinrichtung (18) verbundenen Auswertevorrichtung (19) vorgesehen sind, wobei die Auswertevorrichtung (19) derart ausgebildet ist, dass sie einen Betrieb der stationären Induktionsladeeinrichtung (1 ) nur dann ermöglicht, sofern die Erfassungseinrichtung das Vorhandensein des Luftfilters (14) erfasst. Stationäre Induktionsladeeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an einem Lufteinlass (10) des Gehäuses (4) eine Spritzschutzklappe (20) vorgesehen ist, die schwerkraftbedingt oder federbedingt geöffnet ist und beim Auftreffen von Spritzwasser (15) schließt. Stationäre Induktionsladeeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,

- dass zumindest ein Grobschmutzfilter (21 ) vorgesehen ist, oder

- dass zwei Grobschmutzfilter (21 , 2T) vorgesehen sind, die schwerkraftbedingt oder federbedingt voneinander beabstandet sind, und beim Auftreffen von Spritzwasser (15) so aufeinandergepresst werden, dass kein Wasser in den Gehäuseinnenraum (3) eindringt. Fahrzeugladesystem (2) mit einer stationären Induktionsladeeinrichtung (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche und mit einer induktiv mit der stationären Induktionsladeeinrichtung (1 ) induktiv koppelbaren oder gekoppelten mobilen Induktionsladeeinrichtung, die zum Einbau in ein Fahrzeug ausgebildet ist.