WO2023179963A1 - Stationäre induktionsladeeinrichtung - Google Patents

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WO2023179963A1
WO2023179963A1 PCT/EP2023/053154 EP2023053154W WO2023179963A1 WO 2023179963 A1 WO2023179963 A1 WO 2023179963A1 EP 2023053154 W EP2023053154 W EP 2023053154W WO 2023179963 A1 WO2023179963 A1 WO 2023179963A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
air
shaft
wall
charging device
induction charging
Prior art date
Application number
PCT/EP2023/053154
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Stefan Dold
Jaime Espinosa
Thomas Himmer
Roberto Montes
Holger Schroth
Original Assignee
Mahle International Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mahle International Gmbh filed Critical Mahle International Gmbh
Publication of WO2023179963A1 publication Critical patent/WO2023179963A1/de

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L53/00—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles
    • B60L53/30—Constructional details of charging stations
    • B60L53/302—Cooling of charging equipment
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L53/00—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles
    • B60L53/10—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles characterised by the energy transfer between the charging station and the vehicle
    • B60L53/12—Inductive energy transfer

Definitions

  • the present invention relates to a stationary induction charging device, which is preferably used in an inductive vehicle charging system that is used to charge a battery of a battery-electric vehicle.
  • the invention also relates to an inductive vehicle charging system equipped with such a stationary induction charging device.
  • Such a vehicle charging system includes a stationary induction charging device, which can also be referred to as a floor assembly or ground assembly and which is usually arranged in a stationary manner, for example at a vehicle parking space, and connected to an electrical power network, and a mobile induction charging device, which is also called a vehicle assembly or Vehicle Assembly can be referred to and which is arranged on the respective vehicle.
  • the mobile induction charging device is coupled to the battery of the vehicle in a suitable manner, for example via a corresponding charger on the vehicle.
  • the vehicle with its mobile induction charging device is positioned with respect to the stationary induction charging device in such a way that electrical energy can be transferred from the stationary induction charging device to the mobile induction charging device by means of induction, i.e. via an alternating electromagnetic field.
  • inductive vehicle charging system there is no need for charging plugs that have to be plugged into vehicle-side charging sockets.
  • a stationary induction charging device has a device housing which has a housing base and a housing cover spaced from the housing base in a height direction of the induction charging device. Furthermore, such a stationary induction charging device has at least one in the device Coil arranged in the housing for generating an alternating electromagnetic field, which can also be referred to as a resonator coil, as well as power electronics arranged in the device housing for supplying energy to the coil and for controlling the coil.
  • an alternating electromagnetic field which can also be referred to as a resonator coil
  • power electronics arranged in the device housing for supplying energy to the coil and for controlling the coil.
  • air cooling devices For dissipating heat from power electronics or for cooling power electronics, air cooling devices are generally known, which use a fan to generate an air flow that is guided in such a way that it flows around the relevant components of the power electronics. An air cooling device therefore uses an air flow for cooling. Such air cooling devices are used, for example, in computers.
  • a stationary induction charging device must be designed to be traversable, so that it must be designed to be comparatively small and sufficiently stable in the height direction.
  • a shielding of the power electronics against the alternating electromagnetic field generated by the coil is also required, this shielding being able to enclose the power electronics in particular on all sides. This eliminates the use of a conventional air cooling device, in which air from the environment of the induction charging device flows directly around the relevant components of the power electronics in order to dissipate heat.
  • the present invention deals with the problem of providing an embodiment for a stationary induction charging device and a vehicle charging system equipped therewith, which is characterized by efficient cooling of the power electronics. This problem is solved according to the invention by the subject matter of the independent claim. Advantageous embodiments are the subject of the dependent claims.
  • the invention is based on the general idea of equipping the air cooling device with at least one air shaft running in the device housing for guiding air, which has a shaft wall made of metal, which is exposed to the air flow on the inside of the wall and is coupled in a heat-transferring manner on the outside of the wall to at least one component of the power electronics is.
  • the heat from the relevant components of the power electronics is transferred via the outside of the wall to the shaft wall and dissipated by the air flow on the inside of the wall. Since the shaft wall is made of metal, it is a good heat conductor.
  • the components in the shaft wall that are coupled to the outside of the wall in a locally and virtually point-like heat transfer manner are distributed over a large area to the inside of the wall, which improves the heat transfer to the air.
  • the efficient heat dissipation supports the compact design of the induction charging device.
  • the electromagnetic shielding of the power electronics can be maintained.
  • the air cooling device has at least one air duct running in the device housing for guiding air, at least one fan arranged in the device housing for driving the air in the air duct, at least one air inlet formed on the device housing and fluidly connecting the air duct to an environment of the induction charging device and has at least one air outlet formed on the device housing and fluidly connecting the air shaft with the environment.
  • the respective air shaft has a shaft wall made of metal exposed to air on the inside of a wall.
  • the air shaft has at least one heat exchanger area in which the shaft wall is heat-transferringly coupled to at least one component of the power electronics on an outside wall facing away from the inside of the wall.
  • heat transfer areas are defined on the shaft wall, in which the outside of the wall is coupled in a heat-transferring manner to at least one component of the power electronics to be cooled.
  • the air cooling device can have several air shafts, each of which has such a shaft wall with at least one heat exchanger area.
  • the shaft wall can have several such heat exchanger areas in the respective air shaft.
  • a heat exchanger structure can be arranged in the air shaft on the inside of the wall, through which air can flow and is coupled to the inside of the wall in a heat-transferring manner.
  • the heat exchanger structure is used to transfer heat from the inside of the wall to the air.
  • a heat exchanger structure can be characterized by a large surface area that is exposed to the air flow.
  • Such heat exchanger structures can have, for example, ribs, fins, turbulators or be formed thereby.
  • the heat exchanger structure is preferably made of metal.
  • the heat-transferring coupling with the inside of the wall can be realized by a flat contact, preferably in conjunction with a soldered connection or welded connection or adhesive connection or screw connection.
  • At least one such heat exchanger structure can have ribs around which air can flow. These ribs can expediently run parallel to one another, with the ribs in particular running parallel to a main flow direction defined by the air duct.
  • at least one such heat exchanger structure can have at least one heat pipe that dissipates heat from the inside of the wall.
  • Such a heat pipe is generally a heat exchanger that allows a high heat flow density using the enthalpy of vaporization of a medium.
  • the heat pipe can be designed as a heat pipe or as a two-phase thermosiphon.
  • the respective heat pipe can be coupled to the above-mentioned ribs in a heat-transferring manner.
  • At least one such heat exchanger structure can have at least one rib which protrudes from the shaft wall on the inside of the wall, which extends parallel to a shaft side wall that laterally delimits the air shaft and which is supported on the respective shaft side wall via a plurality of flat tube blocks. While the shaft wall limits the air shaft downwards or upwards, i.e. in the height direction, the respective shaft side wall limits the air shaft transversely to the height direction.
  • the respective rib is coupled to the respective shaft side wall in a heat-transferring manner via the flat tube blocks.
  • the several flat tube blocks are arranged one behind the other and spaced apart from one another in the direction of flow of the air. This creates a cascading arrangement of heat transfer.
  • the respective flat tube block has several flat tubes through which air can flow, which are arranged next to one another transversely to the flow direction of the air and are connected to one another in a heat-transferring manner.
  • the flat tubes are characterized by the fact that their height is significantly smaller than their width and length.
  • the surface area provided for transferring the heat to the air is significantly increased.
  • flat tube blocks of the type described above can preferably be arranged in areas in which components of the power electronics that are characterized by a particularly high Distinguish heat emission, are coupled to the outside of the shaft wall in a heat-transferring manner.
  • the respective rib can be a solid solid body or alternatively a tubular hollow body through which air can flow, in particular another flat tube.
  • the respective flat tube block can in particular have an outer flat tube facing the respective shaft side wall, which is coupled to the respective shaft side wall in a heat-transferring manner, and an inner flat tube facing away from the respective shaft side wall, which is coupled to the respective rib in a heat-transferring manner. If there are three or more flat tubes within the flat tube block, at least one middle flat tube is arranged between the outer flat tube and the inner flat tube and is coupled to the adjacent flat tubes in a heat-transferring manner.
  • the respective flat tube block can in particular have an upper flat tube facing away from the shaft wall, which is heat-transferringly coupled to the respective shaft side wall and the respective rib and/or to a boundary wall opposite the shaft wall, and a lower flat tube facing the shaft wall, which with the respective rib and with the respective shaft side wall and / or with the shaft wall is coupled in a heat-transferring manner. If there are three or more flat tubes within the flat tube block, at least one middle flat tube is arranged between the upper flat tube and the lower flat tube and is coupled to the adjacent flat tubes in a heat-transferring manner.
  • the air shaft can have two such shaft side walls in at least one such heat exchanger area, which run parallel to one another.
  • the heat exchanger structure arranged in this heat exchanger area can then have two such ribs, which then form two outer ribs.
  • One outer rib is then supported on one shaft side wall via several such flat tube blocks, while the other outer rib is supported on the other shaft side wall via several such flat tube blocks.
  • the heat exchanger structure can also have at least one inner rib which protrudes from the shaft wall on the inside of the wall, which runs parallel to the outer ribs and which is arranged between the outer ribs.
  • the respective inner rib also removes heat from the shaft wall and can be supported on one of the outer ribs via several such flat tube blocks.
  • the respective inner rib can be supported on the other outer rib or on a further inner rib via several such flat tube blocks.
  • the air shaft within the heat exchanger structure is channeled through the ribs.
  • the ribs and the shaft side walls remove heat from the shaft wall.
  • the flat tube blocks remove the heat from the shaft side walls and the fins and transfer it to the air flow.
  • the outer ribs and/or the respective inner rib can be designed as a solid body or as a tubular hollow body through which air can flow, in particular as further flat tubes.
  • pressure supports around which the air can flow can be arranged in the air shaft and/or in at least one such heat exchanger structure, which exert pressure forces in the height direction between the shaft wall and a boundary wall of the air shaft opposite the shaft wall.
  • the pressure supports can be shaped like a rod or column and can be made of metal.
  • the pressure supports can penetrate the shaft wall and/or the opposite boundary wall. The pressure supports serve to stabilize the air shaft so that the facility housing remains traversable.
  • At least one component of the power electronics can be biased against the outside of the wall by means of a spring device.
  • the preload improves surface contact and thereby improves heat transfer.
  • At least one component of the power electronics can be coupled to the outside of the wall in a heat-transferring manner by means of a heat pipe. This makes it possible, for example, to efficiently couple a component that is at a comparatively large distance from the outside of the wall to it in a heat-transferring manner.
  • At least one component of the power electronics can be coupled to the outside of the wall in a heat-transferring manner by means of a heat conductor, such as a heat-conducting foil, a heat-conducting pad, a heat-conducting paste or a heat-conducting gel.
  • a heat conductor such as a heat-conducting foil, a heat-conducting pad, a heat-conducting paste or a heat-conducting gel.
  • the shaft wall can be formed by a section of a shielding plate that covers the power electronics towards the housing base or the housing cover.
  • the shielding plate can cover the power electronics towards the housing base and, in particular, together with the housing base, delimit a receiving space in which the power electronics is arranged.
  • the housing base can be made of a metal for this purpose.
  • the shaft wall may be formed by a portion of a shield housing located in the device housing is arranged and in which the power electronics is arranged.
  • the shielding housing is expediently made of metal.
  • the respective section is only formed by a part of the shielding plate or the shielding housing.
  • the shielding plate or the shielding housing is used to form the shaft wall in order to guide the air in the air duct. This allows the available installation space within the device housing to be better utilized.
  • the shaft wall is adapted in the height direction to a topology of the power electronics.
  • the air shaft therefore has a shaft height measured in the height direction, which varies in the flow direction of the air according to the topology of the power electronics.
  • higher and lower components can alternate with respect to the height direction.
  • Adapting the shaft wall to the topology of the power electronics reduces the distances between the components and the shaft wall and simplifies the heat-transferring coupling between the components to be cooled and the shaft wall.
  • the air shaft can have a shaft width transverse to the direction of flow of the air, which varies in the direction of flow of the air, and/or have a cross section through which air can flow, which varies in the direction of flow of the air.
  • the flow-through cross section of the air shaft or the shaft width can form a bottleneck in the respective heat exchanger area.
  • the shaft width or the cross section that can be flowed through increases in the direction of flow to the respective heat exchanger. gradually decreases and then increases again.
  • the device housing may have a frame structure that laterally surrounds the device housing.
  • the frame structure can be ramp-shaped or wedge-shaped in a cross section that runs parallel to the height direction in order to make it easier to drive over the induction charging device.
  • the frame structure can expediently have at least one air-permeable inlet area to which the respective air inlet is connected.
  • the frame structure can have at least one air-permeable outlet area remote from the inlet area and to which the respective air outlet is connected.
  • the permeability for air can be achieved in the respective frame area through a large number of inlet openings or outlet openings.
  • the frame structure can also be used to accommodate other important components of the air cooling device.
  • at least one fan can be arranged at the respective air inlet in the respective inlet area.
  • at least one fan can be arranged at the respective air outlet in the respective outlet area.
  • at least one fan can be arranged at any location within the air shaft, for example to give the air flow better continuity and/or to reduce noise emissions into the environment, for example by a cascading arrangement or series connection of several fans.
  • an air filter can be arranged in the respective inlet area.
  • the air shaft can have at least three shaft sections which are connected to one another via a branch, the branch dividing an incoming air flow into two or more outgoing air flows or combining two or more incoming air flows into one outgoing air flow. Furthermore, it can be provided in particular that at least one heat exchanger region is formed in each of these shaft sections.
  • An inductive vehicle charging system which is used to charge a battery of a battery-electric vehicle, is equipped with a stationary induction charging device of the type described above and with a mobile induction charging device which is arranged on the respective vehicle.
  • the stationary induction charging device When ready for operation, the stationary induction charging device is stationary in or on the ground of a vehicle parking space and is electrically connected to a power grid.
  • the mobile induction charging device is arranged on the floor of the vehicle and is electrically connected to a battery charger arranged in the vehicle, which in turn is electrically connected to the battery of the vehicle.
  • Fig. 1 shows a greatly simplified, basic cross section of a stationary induction charging device corresponding to section lines I in Figure 2.
  • FIG. 2 shows a greatly simplified transparent top view of the induction charging device from FIG. 1,
  • FIG. 3 shows a cross section of the induction charging device, as in FIG. 1, but in a different embodiment
  • FIG. 4 shows a transparent top view of the induction charging device as in FIG. 2, but in the embodiment according to FIG. 3,
  • Fig. 7 is a greatly simplified isometric view in the area of a cut-out heat exchanger structure.
  • a stationary induction charging device 1 has a device housing 2, which has a housing base 3 and a housing cover 4, which is spaced from the housing base 3 in a height direction Z.
  • the housing base 3 and the housing cover 4 are configured as flat plates which extend perpendicular to the height direction Z and accordingly run parallel to a longitudinal direction X of the induction charging device 1 and parallel to a transverse direction Y of the induction charging device 1.
  • the transverse direction Y extends perpendicular to the longitudinal direction X.
  • the height direction Z extends perpendicular to the longitudinal direction X and perpendicular to the transverse direction Y.
  • the directions are indicated by arrows in the figures.
  • the views of Figures 1 and 3 run perpendicular to the longitudinal direction
  • the stationary induction charging device 1 forms part of an inductive vehicle charging system 5, which is used to charge a battery of a battery-electric vehicle.
  • This vehicle charging system 5 also has a mobile induction charging device, not shown here, attached to the respective vehicle.
  • the stationary induction charging device 1 has at least one coil 6, which is arranged in the device housing 2 and is shown in very simplified form in FIGS. 2 and 4, for generating an alternating electromagnetic field. Furthermore, the induction charging device 1 has power electronics 7 arranged in the device housing 2, which is hidden in Figures 2 and 4. The power electronics 7 is used to supply energy to the coil 6 and to control the coil 6. The power electronics 7 is according to Figure 2 via external connections 8 can be connected to a power grid. The power electronics 7 is electrically connected to the coil 6 via internal connections 9. The power electronics 7 has several components 10. Some of these components 10 generate heat during operation of the power electronics 7, which must be dissipated.
  • the induction charging device 1 is also equipped with an air cooling device 11 for cooling components 10 of the power electronics 7.
  • the air cooling device 11 has at least one air shaft 12 for guiding air, which runs or is arranged in the device housing 2.
  • the air cooling device 11 also has at least one fan 13 arranged in the device housing 2 for driving the air in the air shaft 12, at least one air inlet 14 and at least one air outlet 15.
  • the air inlet 14 is fluidly connected to an environment 16 of the induction charging device 1.
  • the air outlet 15 is also fluidly connected to the environment 16.
  • the respective fan 13 generates an air flow, which is indicated by arrows in FIGS. 2, 4 and 5. Air is sucked in from the environment 16 so that it passes through the air inlet 14 into the air shaft 12. In the air shaft 12, the air is led to the air outlet 15, from where it exits again into the environment 16.
  • the air shaft 12 now has a shaft wall 17 made of metal.
  • This shaft wall 17 has an inside wall 18 exposed to the air and an outside wall 19 facing away from the inside of the wall 18.
  • At least one heat exchanger region 20 is formed in the air shaft 12.
  • several heat exchanger areas 20 are provided, some of which are indicated in Figures 1 to 4 by curly brackets.
  • the respective heat exchanger area 20 can expediently extend over the entire width of the air shaft 12.
  • the heat exchanger area 20 only extends over a longitudinal section of the air shaft 12.
  • the length and width of the air shaft 12 relate to the main flow direction of the air in the air shaft 12. Accordingly, the shaft length extends in the flow direction, while the shaft width runs transversely to the flow direction.
  • the air shaft 12 extends essentially parallel to the transverse direction Y of the induction charging device 1, so that in this case the shaft length runs in the transverse direction Y, while the shaft width runs in the longitudinal direction X.
  • the shaft height runs parallel to the height direction Z.
  • the shaft wall 17 is coupled in a heat-transferring manner on its outside wall 19 to at least one component 10 of the power electronics 7.
  • heat that is generated by the respective component 10 during operation of the power electronics 7 can be introduced into the shaft wall 17 via the outside of the wall 19, whereby the heat is distributed over a large area within the shaft wall 17.
  • the air flow can absorb and dissipate the heat on the inside of the wall 18.
  • a heat exchanger structure 21 can be arranged in the air shaft 12 and on the inside of the wall 18. Air can flow through the respective heat exchanger structure 21 and is also coupled to the inside of the wall 18 in a heat-transferring manner. Heat can thus be transferred from the shaft wall 17 on the inside of the wall 18 to the heat exchanger structure 21, which can release the heat into the air as it flows through.
  • such a heat exchanger structure 21 can have a plurality of ribs 22, which communicate with the shaft wall 17 in a heat-transferring manner. are connected and allow air to flow around them.
  • the ribs 22 expediently run parallel to one another and in the longitudinal direction of the air shaft 12.
  • the air shaft 12 runs below the respective component 10 to be cooled.
  • the air shaft 12 runs above the respective component 10 to be cooled.
  • At least one such heat exchanger structure 21 can be equipped with at least one heat pipe 23.
  • the respective heat pipe 23 can be designed as a heat pipe or as a two-phase thermosiphon.
  • the aforementioned ribs 22 are also provided.
  • the respective heat pipe 23 is now connected in a heat-transferring manner both to the shaft wall 17 and to at least one of these ribs 22, so that it can transfer heat from the shaft wall 17 to the respective rib 22. The heat is then released into the air via the ribs 22.
  • the air shaft 12 is only shown in a heat exchanger area 20 in which another heat exchanger structure 21 is located.
  • the air shaft 12 has two shaft side walls 24 which run parallel to one another and which delimit the air shaft 12 laterally, i.e. in width.
  • the heat exchanger structure 21 shown here is equipped with at least one rib 25, which protrudes from the shaft wall 17 on the inside of the wall 18 and protrudes into the air shaft 12.
  • the respective rib 25 extends parallel to the respective shaft side wall 24.
  • the respective rib 25 is supported on the respective adjacent shaft side wall 24 via at least one flat tube block 26, in particular via several flat tube blocks 26.
  • the respective rib 25 is supported on the adjacent shaft side wall 24 via three such flat tube blocks 26. It is clear that here too more or fewer flat tube blocks 26 can be used.
  • the flat tube blocks 26 are arranged one behind the other and spaced apart from one another between the respective rib 25 and the adjacent shaft side wall 24 in the flow direction of the air.
  • the respective flat tube block 26 has a plurality of flat tubes 27 through which air can flow, which are arranged next to one another transversely to the flow direction of the air and which are connected to one another in a heat-transferring manner.
  • the respective flat tube block 26 has three such flat tubes 27.
  • the respective flat tube block 26 has an outer flat tube 27 facing the respective shaft side wall 24, which is coupled to the respective shaft side wall 24 in a heat-transferring manner.
  • the respective flat tube block 26 has an inner flat tube 27 facing away from the respective side wall 24, which is coupled in a heat-transferring manner to the rib 25 adjacent to the respective end wall 24.
  • the third flat tube 27, forms a central flat tube 27, which is coupled in a heat-transferring manner to the other two flat tubes, i.e. to the inner and outer flat tube 27.
  • special heat conductors 48 can be used, such as. B. thermal pads.
  • the respective inner rib 28 is arranged on the inside of the wall 18 and protrudes from the shaft wall 17. Furthermore, the respective inner rib 28 extends parallel to the outer ribs 25.
  • the respective inner rib 28, on the one hand preferably has at least one flat tube block 26 via several flat tube blocks 26, supported on one of the outer ribs 25.
  • the inner ribs 28 shown here are supported on one another via at least one flat tube block 26, preferably via several flat tube blocks 26.
  • the inner ribs 28 are dimensioned to be shorter than the outer ribs 25 with respect to the shaft length. In another embodiment, the inner ribs 28 can be dimensioned to be the same length as or larger than the outer ribs 25. In the example of Figure 7, the inner ribs 28 are dimensioned to be larger in the shaft width than the outer ribs 25. In another embodiment, the inner ribs 28 can be dimensioned in the shaft width to be the same size as or smaller than the outer ribs 25.
  • the air shaft 12 can be equipped with several pressure supports 29 in the heat exchanger area 20 and in particular within the heat exchanger structure 21 and/or outside the heat exchanger areas 20. Air can flow around the pressure supports 29 and can transmit pressure forces acting in the horizontal direction Z, such that the air shaft 12 is relieved of these pressure forces.
  • the pressure supports 29 can transmit the said pressure forces between the shaft wall 17 and a boundary wall 30 opposite the shaft wall 17, which is not shown in Figure 7 and which is indicated by a broken line in Figures 1 and 3.
  • this boundary wall 30 is formed by a lower plate 31, which can in particular form the housing base 3.
  • the boundary wall 30 is formed by an upper cover plate 32.
  • heat conductors 33 can be used to improve the heat-transferring coupling to the outside of the wall 19 in at least one component 10.
  • the respective heat conductor 33 can be a thermally conductive foil, a thermal paste, a thermally conductive gel or a thermally conductive pad.
  • at least one component 10 which is referred to below as 10 ', is biased against the outside of the wall 19 by means of a spring device 34. This also improves the heat transfer to the outside of the wall 19.
  • FIG 35 has the same structure as the heat pipes 23 described with reference to Figure 6.
  • the shaft wall 17 can be formed by a section of a shielding plate 36.
  • the shielding plate 36 covers the power electronics 7 towards the housing base 3.
  • the shielding plate 36 covers the power electronics 7 towards the housing cover 4.
  • the shaft wall 17 can also be formed by a section of a shielding housing 37, which is arranged in the device housing 2 and in which the power electronics 7 is arranged.
  • this shielding housing 37 is formed by the shielding plate 36 and the housing base 3.
  • the respective section that forms the shaft wall 17 is dimensioned smaller transversely to the direction of flow than the associated shielding plate 36 or the associated shielding housing 37.
  • the shaft wall 17 can be designed so that it follows a topology of the power electronics 7 in the height direction Z.
  • the air shaft 12 has a shaft height 46 measured in the height direction Z, which varies in the flow direction 47 of the air.
  • the shaft height 46 is shown in Figures 1 and 3.
  • the flow direction 47 is shown in Figures 1 to 4.
  • the air shaft 12 can expediently be configured in such a way that it has a channel width that varies in the flow direction 47 of the air and/or a flow-through cross section that varies in the flow direction 47 of the air.
  • the channel width and the cross section through which flow can initially decrease - starting from the air inlet 14 - are then approximately constant in the area of the heat exchanger structure 21 and then increase again up to the air outlet 15. It is noteworthy that the channel width and/or the flow-through cross section of the air shaft 12 forms a constriction in at least one of the heat exchanger regions 20.
  • the device housing 2 can have a frame structure 38 which surrounds the device housing 2 laterally.
  • the frame structure 38 runs closed around the device housing 2 in the height direction Z.
  • the frame structure 38 can now have at least one inlet area 39 that is permeable to air and is connected to the respective air inlet 14 in an air-conducting manner.
  • the inlet area 39 can be perforated, i.e. have a large number of inlet openings.
  • the frame structure 38 can also have at least one outlet region 40, which is distant from the inlet region 39 and which is designed to be permeable to air.
  • the respective outlet area 40 is connected to the respective outlet 15 in an air-conducting manner.
  • the air permeability of the outlet area 40 can be achieved by a perforation or by a large number of outlet openings.
  • exactly one inlet area 39 and exactly one outlet area 40 are provided.
  • exactly one inlet area 39 and exactly two outlet areas 40 are provided.
  • At least one fan 13 can be arranged in the inlet area 38.
  • five fans 13 are arranged in parallel in the inlet area 39 purely as an example.
  • a further blower 13 can be arranged in the outlet area 40.
  • three fans 13 are arranged in parallel here. In the exemplary embodiment of FIGS. 3 and 4, however, no fan is arranged in the respective outlet area 40.
  • an air filter 41 is arranged in the inlet area 39 in order to avoid contamination of the respective blower 13, the air shaft 12 and the heat exchanger structure 21.
  • the air shaft 12 is configured continuously so that it connects an air inlet 14 with an air outlet 15.
  • the air shaft 12 is provided with a branch 42, so that it has three shaft sections 43, 44, 45, which are fluidly connected to one another via the branch 42.
  • the first shaft section 43 leads from the air inlet 14 to the branch 42.
  • the second shaft section 44 leads from the branch 42 to a first air outlet 15.
  • the third shaft section 45 leads from the branch 42 to a second air outlet 15.
  • the branch 42 divides one incoming air flow to two outgoing air flows.

Landscapes

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine stationäre Induktionsladeeinrichtung (1) für ein induktives Fahrzeugladesystem (5) zum Aufladen einer Fahrzeugbatterie, mit einem Einrichtungsgehäuse (2), das einen Gehäuseboden (3) und einen in einer Höhenrichtung (Z) vom Gehäuseboden (3) beabstandeten Gehäusedeckel (4) aufweist, mit wenigstens einer im Einrichtungsgehäuse (2) angeordneten Spule (6) zum Erzeugen eines elektromagnetischen Wechselfelds, und mit einer im Einrichtungsgehäuse (2) angeordneten Leistungselektronik (7) zur Energieversorgung der Spule (6) und zum Ansteuern der Spule (6). Zur effektiven Kühlung von Komponenten (10) der Leistungselektronik (7) ist eine Luftkühleinrichtung (11) vorgesehen, die wenigstens einen im Einrichtungsgehäuse (2) verlaufenden Luftschacht (12) zum Führen von Luft, wenigstens ein im Einrichtungsgehäuse (2) angeordnetes Gebläse (13) zum Antreiben der Luft in dem Luftschacht (12), wenigstens einen am Einrichtungsgehäuse (2) ausgebildeten, den Luftschacht (12) mit einer Umgebung (16) der Induktionsladeeinrichtung (1) fluidisch verbindenden Lufteinlass (14) und wenigstens einen am Einrichtungsgehäuse (2) ausgebildeten, den Luftschacht (12) mit der Umgebung (16) fluidisch verbindenden Luftauslass (15) aufweist. Eine effiziente Kühlung der Komponenten (10) wird dadurch erreicht, dass der jeweilige Luftschacht (12) eine Schachtwand (17) aus Metall aufweist, die an einer Wandinnenseite (18) der Luft ausgesetzt ist, wobei der Luftschacht (12) wenigstens einen Wärmeübertragerbereich (20) aufweist, in dem die Schachtwand (17) an einer Wandaußenseite (19) mit wenigstens einer Komponente (10) wärmeübertragend gekoppelt ist.

Description

Stationäre Induktionsladeeinrichtung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine stationäre Induktionsladeeinrichtung, die vorzugsweise bei einem induktiven Fahrzeugladesystem zur Anwendung kommt, das zum Aufladen einer Batterie eines batterieelektrischen Fahrzeugs dient. Die Erfindung betrifft außerdem ein mit einer solchen stationären Induktionsladeeinrichtung ausgestattetes induktives Fahrzeugladesystem.
Ein derartiges Fahrzeugladesystem umfasst dabei eine stationäre Induktionsladeeinrichtung, die auch als Bodenbaugruppe oder Ground Assembly bezeichnet werden kann und die in der Regel ortsfest, beispielsweise an einem Fahrzeugstellplatz, angeordnet und an ein elektrisches Stromnetz angeschlossen ist, und eine mobile Induktionsladeeinrichtung, die auch als Fahrzeugbaugruppe oder Vehicle Assembly bezeichnet werden kann und die am jeweiligen Fahrzeug angeordnet ist. Die mobile Induktionsladeeinrichtung ist dabei mit der Batterie des Fahrzeugs auf geeignete Weise gekoppelt, z.B. über ein entsprechendes fahrzeugseitiges Ladegerät. Zum Aufladen der Batterie wird das Fahrzeug mit seiner mobilen Induktionsladeeinrichtung bezüglich der stationären Induktionsladeeinrichtung so positioniert, dass mittels Induktion, also über ein elektromagnetisches Wechselfeld, elektrische Energie von der stationären Induktionsladeeinrichtung auf die mobile Induktionsladeeinrichtung übertragen werden kann. Beim induktiven Fahrzeugladesystem kann auf Ladestecker verzichtet werden, die mit fahrzeugseitigen Ladebuchsen gesteckt werden müssen.
Eine stationäre Induktionsladeeinrichtung weist ein Einrichtungsgehäuse auf, das einen Gehäuseboden und einen in einer Höhenrichtung der Induktionsladeeinrichtung vom Gehäuseboden beabstandeten Gehäusedeckel aufweist. Ferner weist eine solche stationäre Induktionsladeeinrichtung wenigstens eine im Einrichtungs- gehäuse angeordnete Spule zum Erzeugen eines elektromagnetischen Wechselfelds, die auch als Resonatorspule bezeichnet werden kann, sowie eine im Einrichtungsgehäuse angeordnete Leistungselektronik zur Energieversorgung der Spule und zum Ansteuern der Spule auf. Während des Betriebs der stationären Induktionsladeeinrichtung entsteht in Komponenten der Leistungselektronik Wärme. Bei hoher Leistung entsteht dabei vergleichsweise viel Wärme, die abgeführt werden muss, um eine Beschädigung der Leistungselektronik zu vermeiden bzw. um die Lebensdauer der Leistungselektronik zu vergrößern.
Zum Abführen von Wärme von einer Leistungselektronik bzw. zum Kühlen einer Leistungselektronik sind Luftkühleinrichtungen allgemein bekannt, die mittels eines Gebläses einen Luftstrom erzeugen, der so geführt ist, dass er die relevanten Komponenten der Leistungselektronik umströmt. Eine Luftkühleinrichtung nutzt demnach einen Luftstrom zum Kühlen. Derartige Luftkühleinrichtungen kommen beispielsweise bei Computern zum Einsatz.
Eine stationäre Induktionsladeeinrichtung muss überfahrbar ausgestaltet sein, sodass sie in der Höhenrichtung vergleichsweise klein und hinreichend stabil ausgestaltet werden muss. Auch ist eine Abschirmung der Leistungselektronik gegenüber dem von der Spule erzeugten elektromagnetischen Wechselfeld erforderlich, wobei diese Abschirmung die Leistungselektronik insbesondere allseitig umschließen kann. Hierdurch scheidet die Verwendung einer herkömmlichen Luftkühleinrichtung aus, bei der die relevanten Komponenten der Leistungselektronik mit Luft aus der Umgebung der Induktionsladeeinrichtung unmittelbar umströmt werden, um Wärme abzuführen.
Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, für eine stationäre Induktionsladeeinrichtung und ein damit ausgestattetes Fahrzeugladesystem eine Ausführungsform bereitzustellen, die sich durch eine effiziente Kühlung der Leistungselektronik auszeichnet. Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, die Luftkühleinrichtung mit wenigstens einem im Einrichtungsgehäuse verlaufenden Luftschacht zum Führen von Luft auszustatten, der eine Schachtwand aus Metall aufweist, die an ihrer Wandinnenseite dem Luftstrom ausgesetzt ist und an ihrer Wandaußenseite mit wenigstens einer Komponente der Leistungselektronik wärmeübertragend gekoppelt ist. Im Betrieb der hier vorgestellten Induktionsladeeinrichtung wird die Wärme von den relevanten Komponenten der Leistungselektronik somit über die Wandaußenseite auf die Schachtwand übertragen und an der Wandinnenseite vom Luftstrom abgeführt. Da die Schachtwand aus Metall besteht, bildet sie einen guten Wärmeleiter. Insbesondere wird die von den mit der Wandaußenseite lokal und quasi punktförmig wärmeübertragend gekoppelten Komponenten in der Schachtwand großflächig auf die Wandinnenseite verteilt, was die Wärmeübertragung an die Luft verbessert. Die effiziente Wärmeabfuhr unterstützt die kompakte Bauform der Induktionsladeeinrichtung. Gleichzeitig kann die elektromagnetische Abschirmung der Leistungselektronik beibehalten werden.
Im Einzelnen schlägt die Erfindung vor, dass die Luftkühleinrichtung zumindest einen im Einrichtungsgehäuse verlaufenden Luftschacht zum Führen von Luft, wenigstens ein im Einrichtungsgehäuse angeordnetes Gebläse zum Antreiben der Luft im Luftschacht, wenigstens einen am Einrichtungsgehäuse ausgebildeten, den Luftschacht mit einer Umgebung der Induktionsladeeinrichtung fluidisch verbindenden Lufteinlass und wenigstens einen am Einrichtungsgehäuse ausgebildeten, den Luftschacht mit der Umgebung fluidisch verbindenden Luftauslass aufweist. Ferner weist der jeweilige Luftschacht eine Schachtwand aus Metall auf, die an einer Wandinnenseite der Luft ausgesetzt ist. Des Weiteren weist der Luftschacht wenigstens einen Wärmeübertragerbereich auf, in dem die Schachtwand an einer von der Wandinnenseite abgewandten Wandaußenseite mit wenigstens einer Komponente der Leistungselektronik wärmeübertragend gekoppelt ist. Im jeweiligen Luftschacht werden somit an der Schachtwand Wärmeübertragungsbereiche definiert, in denen die Wandaußenseite mit wenigstens einer zu kühlenden Komponente der Leistungselektronik wärmeübertragend gekoppelt ist. Es ist klar, dass die Luftkühleinrichtung mehrere Luftschächte aufweisen kann, die jeweils eine solche Schachtwand mit wenigstens einem Wärmeübertragerbereich aufweisen. Ferner ist klar, dass im jeweiligen Luftschacht die Schachtwand mehrere derartige Wärmeübertragerbereiche aufweisen kann.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform kann zumindest in einem solchen Wärmeübertragerbereich eine Wärmeübertragerstruktur im Luftschacht an der Wandinnenseite angeordnet sein, die von der Luft durchströmbar ist und mit der Wandinnenseite wärmeübertragend gekoppelt ist. Die Wärmeübertragerstruktur dient zum Übertragen der Wärme von der Wandinnenseite auf die Luft. Insbesondere kann sich eine derartige Wärmeübertragerstruktur durch eine große Oberfläche auszeichnen, die dem Luftstrom ausgesetzt ist. Derartige Wärmeübertragerstrukturen können beispielsweise Rippen, Lamellen, Turbulatoren aufweisen oder dadurch gebildet sein. Die Wärmeübertragerstruktur besteht vorzugsweise aus Metall. Die wärmeübertragende Kopplung mit der Wandinnenseite kann durch einen flächigen Kontakt, vorzugsweise in Verbindung mit einer Lötverbindung oder Schweißverbindung oder Klebverbindung oder Schraubverbindung, realisiert sein.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung kann zumindest eine solche Wärmeübertragerstruktur Rippen aufweisen, die von der Luft umströmbar sind. Zweckmäßig können diese Rippen dabei parallel zueinander verlaufen, wobei die Rippen insbesondere parallel zu einer durch den Luftschacht definierten Hauptströmungsrichtung verlaufen. Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform kann zumindest eine solche Wärmeübertragerstruktur wenigstens ein Wärmerohr aufweisen, das Wärme von der Wandinnenseite abführt. Ein derartiges Wärmerohr ist im Allgemeinen ein Wärmeübertrager, der unter Nutzung der Verdampfungsenthalpie eines Mediums eine hohe Wärmestromdichte erlaubt. Das Wärmerohr kann als Heatpipe oder als Zwei-Phasen-Thermosiphon ausgestaltet sein. Insbesondere kann das jeweilige Wärmerohr mit den vorstehend genannten Rippen wärmeübertragend gekoppelt sein.
Gemäß einer anderen Ausführungsform kann zumindest eine solche Wärmeübertragerstruktur wenigstens eine Rippe aufweisen, die an der Wandinnenseite von der Schachtwand absteht, die sich parallel zu einer den Luftschacht seitlich begrenzenden Schachtseitenwand erstreckt und die über mehrere Flachrohrblöcke an der jeweiligen Schachtseitenwand abgestützt ist. Während die Schachtwand den Luftschacht nach unten oder nach oben, also in der Höhenrichtung begrenzt, begrenzt die jeweilige Schachtseitenwand den Luftschacht quer zur Höhenrichtung. Über die Flachrohrblöcke ist die jeweilige Rippe wärmeübertragend mit der jeweiligen Schachtseitenwand gekoppelt. Im Einzelnen sind die mehreren Flachrohrblöcke in der Strömungsrichtung der Luft hintereinander und voneinander be- abstandet angeordnet. Hierdurch wird eine kaskadierende Anordnung der Wärmeübertragung realisiert. Der jeweilige Flachrohrblock weist mehrere, von der Luft durchströmbare Flachrohre auf, die quer zur Strömungsrichtung der Luft nebeneinander angeordnet sind und wärmeübertragend miteinander verbunden sind. Die Flachrohre zeichnen sich dadurch aus, dass ihre Höhe deutlich kleiner ist als ihre Breite und ihre Länge. Durch die Bereitstellung mehrerer Flachrohre im jeweiligen Flachrohrblock wird die zur Übertragung der Wärme an die Luft bereitgestellte Oberfläche signifikant vergrößert. Aus diesem Grund können Flachrohrblöcke der vorstehend beschriebenen Art bevorzugt in Bereichen angeordnet werden, in denen Komponenten der Leistungselektronik, die sich durch eine besonders hohe Wärmeabgabe auszeichnen, mit der Wandaußenseite der Schachtwand wärmeübertragend gekoppelt sind. Des Weiteren kann dabei die jeweilige Rippe ein massiver Vollkörper oder alternativ ein von Luft durchström barer, rohrförmiger Hohlkörper, insbesondere ein weiteres Flachrohr, sein.
Der jeweilige Flachrohrblock kann bei einer stehenden Anordnung insbesondere ein der jeweiligen Schachtseitenwand zugewandtes äußeres Flachrohr, das mit der jeweiligen Schachtseitenwand wärmeübertragend gekoppelt ist, und ein von der jeweiligen Schachtseitenwand abgewandtes inneres Flachrohr aufweisen, das mit der jeweiligen Rippe wärmeübertragend gekoppelt ist. Bei drei oder mehr Flachrohren innerhalb des Flachrohrblocks ist wenigstens ein mittleres Flachrohr zwischen dem äußeren Flachrohr und dem inneren Flachrohr angeordnet und mit den benachbarten Flachrohren wärmeübertragend gekoppelt.
Der jeweilige Flachrohrblock kann bei einer liegenden Anordnung insbesondere ein von der Schachtwand abgewandtes oberes Flachrohr, das mit der jeweiligen Schachtseitenwand und der jeweiligen Rippe und/oder mit einer der Schachtwand gegenüberliegenden Begrenzungswand wärmeübertragend gekoppelt ist, und ein der Schachtwand zugewandtes unteres Flachrohr aufweisen, das mit der jeweiligen Rippe und mit der jeweiligen Schachtseitenwand und/oder mit der Schachtwand wärmeübertragend gekoppelt ist. Bei drei oder mehr Flachrohren innerhalb des Flachrohrblocks ist wenigstens ein mittleres Flachrohr zwischen dem oberen Flachrohr und dem unteren Flachrohr angeordnet und mit den benachbarten Flachrohren wärmeübertragend gekoppelt.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform kann der Luftschacht in wenigstens einem solchen Wärmeübertragerbereich zwei solche Schachtseitenwände aufweisen, die parallel zueinander verlaufen. Die in diesem Wärmeübertragerbereich angeordnete Wärmeübertragerstruktur kann dann zwei solche Rippen aufweisen, die dann zwei äußere Rippen bilden. Die eine äußere Rippe ist dann an der einen Schachtseitenwand über mehrere derartige Flachrohrblöcke abgestützt, während die andere äußere Rippe an der anderen Schachtseitenwand über mehrere derartige Flachrohrblöcke abgestützt ist. Hierdurch ergibt sich ein symmetrischer Aufbau, der eine effiziente Wärmeübertragung von der Schachtwand über die Rippen und die Schachtseitenwände in Verbindung mit den Flachrohrblöcken auf die Luft ermöglicht.
Bei einer anderen Ausführungsform kann die Wärmeübertragerstruktur außerdem wenigstens eine innere Rippe aufweisen, die an der Wandinnenseite von der Schachtwand absteht, die parallel zu den äußeren Rippen verläuft und die zwischen den äußeren Rippen angeordnet ist. Die jeweilige innere Rippe führt ebenfalls Wärme von der Schachtwand ab und kann einerseits über mehrere derartige Flachrohrblöcke an einer der äußeren Rippen abgestützt sein. Andererseits kann die jeweilige innere Rippe über mehrere solche Flachrohrblöcke an der anderen äußeren Rippe oder an einer weiteren inneren Rippe abgestützt sein. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass drei oder mehr innere Rippen vorgesehen sind, sodass zumindest eine innere Rippe einerseits über mehrere Flachrohrblöcke an benachbarten inneren Rippen abgestützt ist. Durch die Rippen wird der Luftschacht innerhalb der Wärmeübertragerstruktur kanalisiert. Die Rippen und die Schachtseitenwände führen die Wärme von der Schachtwand ab. Die Flachrohrblöcke führen die Wärme von den Schachtseitenwänden und den Rippen ab und übertragen diese auf den Luftstrom. Auch hier können die äußeren Rippen und/oder die jeweilige innere Rippe als Vollkörper oder als von Luft durchströmbare, rohrförmige Hohlkörper, insbesondere als weitere Flachrohre ausgestaltet sein.
Bei einer anderen Ausführungsform können im Luftschacht und/oder in wenigstens einer solchen Wärmeübertragerstruktur mehrere, von der Luft umströmbare Druckstützen angeordnet sein, die in der Höhenrichtung verlaufende Druckkräfte zwischen der Schachtwand und einer der Schachtwand gegenüberliegenden Begrenzungswand des Luftschachts übertragen. Die Druckstützen können stabförmig bzw. säulenartig ausgeformt sein und können aus Metall bestehen. Insbesondere können die Druckstützen die Schachtwand und/oder die gegenüberliegende Begrenzungswand durchdringen. Die Druckstützen dienen dazu, den Luftschacht zu stabilisieren, sodass das Einrichtungsgehäuse überfahrbar bleibt.
Um die Wärmeübertragung von der jeweils zu kühlenden Komponente der Leistungselektronik auf die Schachtwand zu verbessern, können zusätzliche Maßnahmen vorgesehen werden, die alternativ oder kumulativ zur Anwendung kommen können. Beispielsweise kann zumindest eine Komponente der Leistungselektronik mittels einer Federeinrichtung gegen die Wandaußenseite vorgespannt sein. Die Vorspannung verbessert den flächigen Kontakt und verbessert dadurch die Wärmeübertragung. Zumindest eine Komponente der Leistungselektronik kann mittels eines Wärmerohrs mit der Wandaußenseite wärmeübertragend gekoppelt sein. Hierdurch ist es beispielsweise möglich, eine Komponente, die einen vergleichsweise großen Abstand gegenüber der Wandaußenseite besitzt, effizient mit dieser wärmeübertragend zu koppeln. Wenigstens eine Komponente der Leistungselektronik kann mittels eines Wärmeleiters, wie z.B. einer Wärmeleitfolie, eines Wärmeleitpads, einer Wärmeleitpaste oder eines Wärmeleitgels, mit der Wandaußenseite wärmeübertragend gekoppelt sein.
Bei einer anderen Ausführungsform kann die Schachtwand durch einen Abschnitt eines Abschirmblechs gebildet sein, das die Leistungselektronik zum Gehäuseboden hin oder zum Gehäusedeckel hin abdeckt. Beispielsweise kann das Abschirmblech die Leistungselektronik zum Gehäuseboden hin abdecken und insbesondere zusammen mit dem Gehäuseboden einem Aufnahmeraum begrenzen, in dem die Leistungselektronik angeordnet ist. Insbesondere kann hierzu der Gehäuseboden aus einem Metall hergestellt sein. Alternativ dazu kann die Schachtwand durch einen Abschnitt eines Abschirmgehäuses gebildet sein, das im Einrichtungsgehäuse angeordnet ist und in dem die Leistungselektronik angeordnet ist. Das Abschirmgehäuse besteht zweckmäßig aus einem Metall. Durch die Bildung der Schachtwand durch einen Abschnitt eines Abschirmblechs oder eines Abschirmgehäuses wird somit ein in der Induktionsladeeinrichtung ohnehin vorhandenes Bauteil innerhalb der Luftkühleinrichtung genutzt. Dies unterstützt eine kompakte Bauform und führt gleichzeitig zu einer effizienten Wärmeübertragung. Bemerkenswert ist dabei, dass der jeweilige Abschnitt nur durch einen Teil des Abschirmblechs bzw. des Abschirmgehäuses gebildet ist. Somit wird zur Ausbildung der Schachtwand nur ein Teilbereich des Abschirmblechs bzw. des Abschirmgehäuses genutzt, um die Luftführung im Luftkanal zu bewirken. Hierdurch lässt sich der vorhandene Bauraum innerhalb des Einrichtungsgehäuses besser ausnutzen.
Bei einer Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass die Schachtwand in der Höhenrichtung an eine Topologie der Leistungselektronik angepasst ist. Der Luftschacht weist demnach eine in der Höhenrichtung gemessene Schachthöhe auf, die in der Strömungsrichtung der Luft gemäß der Topologie der Leistungselektronik variiert. Innerhalb der Leistungselektronik können sich bezüglich der Höhenrichtung höhere und niedrigere Komponenten abwechseln. Die Anpassung der Schachtwand an die Topologie der Leistungselektronik reduziert die Abstände zwischen den Komponenten und der Schachtwand und vereinfacht die wärmeübertragende Kopplung zwischen den zu kühlenden Komponenten und der Schachtwand.
Bei einer anderen Ausführungsform kann der Luftschacht quer zur Strömungsrichtung der Luft eine Schachtbreite aufweisen, die in der Strömungsrichtung der Luft variiert, und/oder einen von Luft durchström baren Querschnitt aufweisen, der in der Strömungsrichtung der Luft variiert. Der durchströmbare Querschnitt des Luftschachts bzw. die Schachtbreite kann im jeweiligen Wärmeübertragerbereich eine Engstelle bilden. Mit anderen Worten, die Schachtbreite bzw. der durchström bare Querschnitt nimmt in der Strömungsrichtung zum jeweiligen Wärmeübertragerbe- reich hin ab und nimmt danach wieder zu. Durch die Reduzierung der Schachtbreite bzw. des durchström baren Querschnitts wird die Strömungsgeschwindigkeit der Luft erhöht, was die Wärmeabfuhr im Wärmeübertragerbereich begünstigt.
Bei einer anderen Ausführungsform kann das Einrichtungsgehäuse eine Rahmenstruktur aufweisen, die das Einrichtungsgehäuse seitlich einfasst. Die Rahmenstruktur kann in einem parallel zur Höhenrichtung verlaufenden Querschnitt rampenförmig oder keilförmig sein, um die Überfahrbarkeit der Induktionsladeeinrichtung zu begünstigen. Zweckmäßig kann die Rahmenstruktur wenigstens einen für Luft durchlässigen Einlassbereich aufweisen, an den der jeweilige Lufteinlass angeschlossen ist. Außerdem kann die Rahmenstruktur wenigstens einen vom Einlassbereich entfernten, für Luft durchlässigen Auslassbereich aufweisen, an den der jeweilige Luftauslass angeschlossen ist. Die Durchlässigkeit für Luft kann im jeweiligen Rahmenbereich durch eine Vielzahl von Einlassöffnungen bzw. Auslassöffnungen realisiert werden. Durch die Unterbringung von Lufteinlass und Luftauslass in der Rahmenstruktur lässt sich ein vergleichsweise langer Strömungsweg für die Luft innerhalb des jeweiligen Luftschachts realisieren, was eine effiziente Wärmeübertragung begünstigt.
Die Rahmenstruktur kann außerdem zur Unterbringung weiterer wichtiger Komponenten der Luftkühleinrichtung genutzt werden. Beispielsweise kann im jeweiligen Einlassbereich wenigstens ein Gebläse am jeweiligen Lufteinlass angeordnet sein. Zusätzlich oder alternativ kann im jeweiligen Auslassbereich wenigstens ein Gebläse am jeweiligen Luftauslass angeordnet sein. Zusätzlich oder alternativ kann wenigstens ein Gebläse an jeder beliebigen Stelle innerhalb des Luftschachts angeordnet sein, beispielsweise um dem Luftstrom eine bessere Kontinuität zu geben und/oder um die Geräuschemission in die Umgebung zu reduzieren, z.B. durch eine kaskadierende Anordnung bzw. Reihenschaltung mehrerer Gebläse. Zusätzlich oder alternativ kann im jeweiligen Einlassbereich ein Luftfilter angeordnet sein. Gemäß einer anderen vorteilhaften Ausführungsform kann der Luftschacht wenigstens drei Schachtabschnitte aufweisen, die über eine Zweigstelle miteinander verbunden sind, wobei die Zweigstelle einen ankommenden Luftstrom auf zwei o- der mehr abgehende Luftströme aufteilt oder zwei oder mehr ankommende Luftströme zu einem abgehenden Luftstrom zusammenfasst. Des Weiteren kann insbesondere vorgesehen sein, dass in jedem dieser Schachtabschnitte wenigstens ein Wärmeübertragerbereich ausgebildet ist.
Ein erfindungsgemäßes induktives Fahrzeugladesystem, das zum Aufladen einer Batterie eines batterieelektrischen Fahrzeugs dient, ist mit einer stationären Induktionsladeeinrichtung der vorstehend beschriebenen Art und mit einer mobilen Induktionsladeeinrichtung ausgestattet, die am jeweiligen Fahrzeug angeordnet ist. Im betriebsbereiten Zustand befindet sich die stationäre Induktionsladeeinrichtung ortsfest im oder auf dem Untergrund eines Fahrzeugstellplatzes und ist mit einem Stromnetz elektrisch verbunden. Die mobile Induktionsladeeinrichtung ist am Boden des Fahrzeugs angeordnet und mit einem im Fahrzeug angeordneten Batterieladegerät elektrisch verbunden, das seinerseits mit der Batterie des Fahrzeugs elektrisch verbunden ist.
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 Erfindung zu verlassen. Vorstehend genannte und nachfolgend noch zu nennende Bestandteile einer übergeordneten Einheit, wie z.B. einer Einrich- tung, einer Vorrichtung oder einer Anordnung, die separat bezeichnet sind, können separate Bauteile bzw. Komponenten dieser Einheit bilden oder integrale Bereiche bzw. Abschnitte dieser Einheit sein, auch wenn dies in den Zeichnungen anders dargestellt ist.
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 einen stark vereinfachten, prinzipiellen Querschnitt einer stationären Induktionsladeeinrichtung entsprechend Schnittlinien I in Figur 2.
Fig. 2 eine stark vereinfachte transparente Draufsicht auf die Induktionsladeeinrichtung aus Figur 1 ,
Fig. 3 ein Querschnitt der Induktionsladeeinrichtung, wie in Figur 1 , jedoch bei einer anderen Ausführungsform,
Fig. 4 eine transparente Draufsicht auf die Induktionsladeeinrichtung wie in Figur 2, jedoch bei der Ausführungsform gemäß Figur 3,
Fig. 5 eine vergrößerte Schnittansicht der Induktionsladeeinrichtung im Bereich eines Luftschachts,
Fig. 6 eine Schnittansicht wie in Figur 5, jedoch bei einer anderen Ausführungsform, Fig. 7 eine stark vereinfachte isometrische Ansicht im Bereich einer freigeschnittenen Wärmeübertragerstruktur.
Entsprechend den Figuren 1 bis 4 weist eine stationäre Induktionsladeeinrichtung 1 ein Einrichtungsgehäuse 2 auf, das einen Gehäuseboden 3 sowie einen Gehäusedeckel 4 aufweist, der in einer Höhenrichtung Z vom Gehäuseboden 3 beabstandet ist. Der Gehäuseboden 3 und der Gehäusedeckel 4 sind im Beispiel als ebene Platten konfiguriert, die sich senkrecht zur Höhenrichtung Z erstrecken und dementsprechend parallel zu einer Längsrichtung X der Induktionsladeeinrichtung 1 und parallel zu einer Querrichtung Y der Induktionsladeeinrichtung 1 verlaufen. Die Querrichtung Y erstreckt sich senkrecht zur Längsrichtung X. Die Höhenrichtung Z erstreckt sich senkrecht zur Längsrichtung X und senkrecht zur Querrichtung Y. Die Richtungen sind in den Figuren durch Pfeile angedeutet. Die Ansichten der Figuren 1 und 3 verlaufen senkrecht zur Längsrichtung X. Die Ansichten der Figuren 2 und 4 verlaufen senkrecht zur Höhenrichtung Z. Die Ansichten der Figuren 5 und 6 verlaufen exemplarisch senkrecht zur Querrichtung Y.
Die stationäre Induktionsladeeinrichtung 1 bildet einen Bestandteil eines induktiven Fahrzeugladesystems 5, das zum Aufladen einer Batterie eines batterieelektrischen Fahrzeugs dient. Dieses Fahrzeugladesystem 5 weist außerdem eine hier nicht gezeigte, am jeweiligen Fahrzeug angebrachte mobile Induktionsladeeinrichtung auf.
Die stationäre Induktionsladeeinrichtung 1 weist zumindest eine im Einrichtungsgehäuse 2 angeordnete und in den Figuren 2 und 4 stark vereinfacht dargestellte Spule 6 zum Erzeugen eines elektromagnetischen Wechselfelds auf. Ferner weist die Induktionsladeeinrichtung 1 eine im Einrichtungsgehäuse 2 angeordnete Leistungselektronik 7 auf, die in den Figuren 2 und 4 verdeckt ist. Die Leistungselektronik 7 dient zur Energieversorgung der Spule 6 sowie zum Ansteuern der Spule 6. Die Leistungselektronik 7 ist gemäß Figur 2 über externe Anschlüsse 8 an ein Stromnetz anschließbar. Über interne Anschlüsse 9 ist die Leistungselektronik 7 mit der Spule 6 elektrisch verbunden. Die Leistungselektronik 7 weist mehrere Komponenten 10 auf. Einige dieser Komponenten 10 erzeugen während des Betriebs der Leistungselektronik 7 Wärme, die abgeführt werden muss.
Die Induktionsladeeinrichtung 1 ist außerdem mit einer Luftkühleinrichtung 11 zum Kühlen von Komponenten 10 der Leistungselektronik 7 ausgestattet. Hierzu weist die Luftkühleinrichtung 11 zumindest einen Luftschacht 12 zum Führen von Luft auf, der im Einrichtungsgehäuse 2 verläuft bzw. angeordnet ist. Die Luftkühleinrichtung 11 weist außerdem zumindest ein im Einrichtungsgehäuse 2 angeordnetes Gebläse 13 zum Antreiben der Luft im Luftschacht 12, wenigstens einen Lufteinlass 14 und wenigstens einen Luftauslass 15 auf. Der Lufteinlass 14 ist mit einer Umgebung 16 der Induktionsladeeinrichtung 1 fluidisch verbunden. Der Luftauslass 15 ist ebenfalls mit der Umgebung 16 fluidisch verbunden. Im Betrieb der Luftkühleinrichtung 11 erzeugt das jeweilige Gebläse 13 eine Luftströmung, die in den Figuren 2, 4 und 5 durch Pfeile angedeutet ist. Dabei wird Luft aus der Umgebung 16 angesaugt, sodass sie durch den Lufteinlass 14 in den Luftschacht 12 gelangt. Im Luftschacht 12 wird die Luft zum Luftauslass 15 geführt, von wo sie wieder in die Umgebung 16 austritt.
Der Luftschacht 12 weist nun eine Schachtwand 17 aus Metall auf. Diese Schachtwand 17 besitzt eine der Luft ausgesetzte Wandinnenseite 18 und eine von der Wandinnenseite 18 abgewandte Wandaußenseite 19. Im Luftschacht 12 ist wenigstens ein Wärmeübertragerbereich 20 ausgebildet. In den Beispielen der Figuren 1 bis 4 sind mehrere Wärmeübertragerbereiche 20 vorgesehen, die in den Figuren 1 bis 4 zum Teil durch eine geschweifte Klammer angedeutet sind. Der jeweilige Wärmeübertragerbereich 20 kann sich zweckmäßig über die gesamte Breite des Luftschachts 12 erstrecken. Ferner erstreckt sich der Wärmeübertragerbereich 20 nur über einen Längsabschnitt des Luftschachts 12. Die Länge und Breite des Luftschachts 12 beziehen sich dabei auf die Hauptströmungsrichtung der Luft im Luftschacht 12. Dementsprechend erstreckt sich die Schachtlänge in der Strömungsrichtung, während die Schachtbreite quer zur Strömungsrichtung verläuft. Im Beispiel der Figur 2 erstreckt sich der Luftschacht 12 im Wesentlichen parallel zur Querrichtung Y der Induktionsladeeinrichtung 1 , sodass in diesem Fall die Schachtlänge in der Querrichtung Y verläuft, während die Schachtbreite in der Längsrichtung X verläuft. Die Schachthöhe verläuft parallel zur Höhenrichtung Z.
In den Beispielen der Figuren 1 bis 4 sind jeweils mehrere derartige Wärmeübertragerbereiche 20 im Luftschacht 12 ausgebildet, die in den Figuren 2 und 4 zum Teil mit unterbrochener Linie angedeutet sind.
In diesen Wärmeübertragerbereichen 20 ist die Schachtwand 17 an ihrer Wandaußenseite 19 mit wenigstens einer Komponente 10 der Leistungselektronik 7 wärmeübertragend gekoppelt. Auf diese Weise kann Wärme, die von der jeweiligen Komponente 10 während des Betriebs der Leistungselektronik 7 erzeugt wird, über die Wandaußenseite 19 in die Schachtwand 17 eingeleitet werden, wodurch sich die Wärme innerhalb der Schachtwand 17 großflächig verteilt. Die Luftströmung kann die Wärme an der Wandinnenseite 18 aufnehmen und abführen.
In wenigstens einem solchen Wärmeübertragerbereich 20 kann eine Wärmeübertragerstruktur 21 im Luftschacht 12 und an der Wandinnenseite 18 angeordnet sein. Die jeweilige Wärmeübertragerstruktur 21 ist von der Luft durchströmbar und ist außerdem mit der Wandinnenseite 18 wärmeübertragend gekoppelt. Somit kann Wärme von der Schachtwand 17 an der Wandinnenseite 18 auf die Wärmeübertragerstruktur 21 übertragen werden, die bei ihrer Durchströmung die Wärme an die Luft abgeben kann.
Gemäß den Figuren 5 und 6 kann eine solche Wärmeübertragerstruktur 21 mehrere Rippen 22 aufweisen, die wärmeübertragend mit der Schachtwand 17 ver- bunden sind und von der Luft umströmbar sind. Zweckmäßig verlaufen die Rippen 22 parallel zueinander und in Längsrichtung des Luftschachts 12. Im Beispiel der Figur 5 verläuft der Luftschacht 12 unterhalb der jeweiligen zu kühlenden Komponente 10. Im Beispiel der Figur 6 verläuft der Luftschacht 12 oberhalb der jeweiligen zu kühlenden Komponente 10.
Gemäß der in Figur 6 gezeigten Ausführungsform kann zumindest eine solche Wärmeübertragerstruktur 21 mit wenigstens einem Wärmerohr 23 ausgestattet sein. Das jeweilige Wärmerohr 23 kann dabei als Heatpipe oder als Zwei-Phasen- Thermosiphon ausgestaltet sein. Im Beispiel der Figur 6 sind außerdem die zuvor genannten Rippen 22 vorgesehen. Das jeweilige Wärmerohr 23 ist nun sowohl mit der Schachtwand 17 als auch mit wenigstens einer dieser Rippen 22 wärmeübertragend verbunden, sodass es Wärme von der Schachtwand 17 auf die jeweilige Rippe 22 übertragen kann. Über die Rippen 22 erfolgt dann die Abgabe der Wärme an die Luft.
Im Beispiel der Figur 7 ist der Luftschacht 12 nur in einem solchen Wärmeübertragerbereich 20 wiedergegeben, in dem sich eine andere Wärmeübertragerstruktur 21 befindet. In diesem Wärmeübertragerbereich 20 weist der Luftschacht 12 zwei parallel zueinander verlaufende Schachtseitenwände 24 auf, die den Luftschacht 12 seitlich, also in der Breite begrenzt. Des Weiteren ist die hier gezeigte Wärmeübertragerstruktur 21 mit wenigstens einer Rippe 25 ausgestattet, die an der Wandinnenseite 18 von der Schachtwand 17 absteht und in den Luftschacht 12 hineinragt. Die jeweilige Rippe 25 erstreckt sich dabei parallel zu der jeweiligen Schachtseitenwand 24. Des Weiteren ist die jeweilige Rippe 25 über wenigstens einen Flachrohrblock 26, insbesondere über mehrere Flachrohrblöcke 26, an der jeweils benachbarten Schachtseitenwand 24 abgestützt. Im Beispiel der Figur 7 ist die jeweilige Rippe 25 jeweils über drei derartige Flachrohrblöcke 26 an der jeweils benachbarten Schachtseitenwand 24 abgestützt. Es ist klar, dass hier auch mehr oder weniger Flachrohrblöcke 26 zum Einsatz kommen können. Die Flachrohrblöcke 26 sind dabei zwischen der jeweiligen Rippe 25 und der benachbarten Schachtseitenwand 24 in der Strömungsrichtung der Luft hintereinander und voneinander beabstandet angeordnet.
Der jeweilige Flachrohrblock 26 weist mehrere, von der Luft durchströmbare Flachrohre 27 auf, die quer zur Strömungsrichtung der Luft nebeneinander angeordnet sind und die wärmeübertragend miteinander verbunden sind. Im Beispiel der Figur 7 besitzt der jeweilige Flachrohrblock 26 jeweils drei derartige Flachrohre 27. Der jeweilige Flachrohrblock 26 weist ein der jeweiligen Schachtseitenwand 24 zugewandtes äußeres Flachrohr 27 auf, das mit der jeweiligen Schachtseitenwand 24 wärmeübertragend gekoppelt ist. Ferner weist der jeweilige Flachrohrblock 26 ein von der jeweiligen Seitenwand 24 abgewandtes inneres Flachrohr 27 auf, das mit der zur jeweiligen Stirnseitenwand 24 benachbarten Rippe 25 wärmeübertragend gekoppelt ist. Das dritte Flachrohr 27 bildet dagegen ein mittleres Flachrohr 27, das mit den beiden anderen Flachrohren, also mit dem inneren und dem äußeren Flachrohr 27 wärmeübertragend gekoppelt ist. Für die wärmeübertragende Kopplung der Flachrohre 27 untereinander und mit der Schachtseitenwand 24 sowie mit der Rippe 25 können spezielle Wärmeleiter 48 zum Einsatz kommen, wie z. B. Wärmeleitpads.
Die beiden Rippen 25, die über die Flachrohrblöcke 26 an den beiden Schachtseitenwänden 24 abgestützt sind, bilden äußere Rippen 25, zwischen denen wenigstens eine weitere Rippe 28 angeordnet sein kann, die im Folgenden als innere Rippe 28 bezeichnet wird. Im Beispiel der Figur 7 sind zwei derartige innere Rippen 28 vorgesehen. Die jeweilige innere Rippe 28 ist an der Wandinnenseite 18 angeordnet und steht von der Schachtwand 17 ab. Ferner erstreckt sich die jeweilige innere Rippe 28 parallel zu den äußeren Rippen 25. Die jeweilige innere Rippe 28 ist einerseits über wenigstens einen Flachrohrblock 26, vorzugsweise über mehrere Flachrohrblöcke 26, an einer der äußeren Rippen 25 abgestützt. Andererseits sind die hier gezeigten inneren Rippen 28 über mindestens einen Flachrohrblock 26, vorzugsweise über mehrere Flachrohrblöcke 26, aneinander abgestützt. Im Beispiel der Figur 7 sind die inneren Rippen 28 bezüglich der Schachtlänge kürzer dimensioniert als die äußeren Rippen 25. Bei einer anderen Ausführungsform können die inneren Rippen 28 gleich lang wie oder größer als die äußeren Rippen 25 dimensioniert sein. Im Beispiel der Figur 7 sind die inneren Rippen 28 in der Schachtbreite größer dimensioniert als die äußeren Rippen 25. Bei einer anderen Ausführungsform können die inneren Rippen 28 in der Schachtbreite gleich groß wie oder kleiner als die äußeren Rippen 25 dimensioniert sein.
Der Luftschacht 12 kann gemäß Figur 7 im Wärmeübertragerbereich 20 und insbesondere innerhalb der Wärmeübertragerstruktur 21 und/oder außerhalb der Wärmeübertragerbereiche 20 mit mehreren Druckstützen 29 ausgestattet sein. Die Druckstützen 29 sind von der Luft umströmbar und können in der Horizontalrichtung Z wirkende Druckkräfte übertragen, derart, dass der Luftschacht 12 von diesen Druckkräften entlastet ist. Insbesondere können die Druckstützen 29 die besagten Druckkräfte zwischen der Schachtwand 17 und einer der Schachtwand 17 gegenüberliegenden Begrenzungswand 30 übertragen, die in Figur 7 nicht dargestellt ist und die in den Figuren 1 und 3 durch eine unterbrochene Linie angedeutet ist. In Figur 5 ist diese Begrenzungswand 30 durch eine untere Platte 31 gebildet, die insbesondere den Gehäuseboden 3 bilden kann. In Figur 6 ist die Begrenzungswand 30 durch eine obere Abdeckplatte 32 gebildet.
Gemäß den Figuren 1 , 3, 5 und 6 können Wärmeleiter 33 verwendet werden, um bei wenigstens einer Komponente 10 die wärmeübertragende Kopplung mit der Wandaußenseite 19 zu verbessern. Der jeweilige Wärmeleiter 33 kann eine Wärmeleitfolie, eine Wärmeleitpaste, ein Wärmeleitgel oder ein Wärmeleitpad sein. Im Beispiel der Figur 3 ist exemplarisch gezeigt, dass zumindest eine Komponente 10, die im Folgenden mit 10' bezeichnet wird, mittels einer Federeinrichtung 34 gegen die Wandaußenseite 19 vorgespannt ist. Auch dies verbessert die Wärmeübertragung zur Wandaußenseite 19. Ferner ist in Figur 3 rein exemplarisch gezeigt, wie wenigstens eine weitere Komponente 10, die im Folgenden mit 10" bezeichnet wird, mittels eines Wärmerohrs 35 mit der Wandinnenseite 19 wärmeübertragend gekoppelt ist. Funktionell besitzt dieses Wärmerohr 35 den gleichen Aufbau wie die mit Bezug auf Figur 6 beschriebenen Wärmerohre 23.
Gemäß den Figuren 1 bis 7 kann die Schachtwand 17 durch einen Abschnitt eines Abschirmblechs 36 gebildet sein. In den Beispielen der Figuren 1 bis 4 und 6 deckt das Abschirmblech 36 die Leistungselektronik 7 zum Gehäuseboden 3 hin ab. Im Beispiel der Figur 5 deckt das Abschirmblech 36 die Leistungselektronik 7 zum Gehäusedeckel 4 hin ab. Alternativ dazu kann die Schachtwand 17 auch durch einen Abschnitt eines Abschirmgehäuses 37 gebildet sein, das im Einrichtungsgehäuse 2 angeordnet ist und in dem die Leistungselektronik 7 angeordnet ist. Im Beispiel der Figuren 1 bis 4 ist dieses Abschirmgehäuse 37 durch das Abschirmblech 36 und den Gehäuseboden 3 gebildet. Der jeweilige Abschnitt, der die Schachtwand 17 bildet, ist quer zur Strömungsrichtung kleiner dimensioniert als das zugehörige Abschirmblech 36 bzw. das zugehörige Abschirmgehäuse 37.
Wie sich den Figuren 1 und 3 entnehmen lässt, kann die Schachtwand 17 so ausgestaltet sein, dass sie in der Höhenrichtung Z einer Topologie der Leistungselektronik 7 folgt. In der Folge weist der Luftschacht 12 eine in der Höhenrichtung Z gemessene Schachthöhe 46 auf, die in der Strömungsrichtung 47 der Luft variiert. Die Schachthöhe 46 ist in den Figuren 1 und 3 eingezeichnet. Die Strömungsrichtung 47 ist in den Figuren 1 bis 4 eingezeichnet. Gemäß den Figuren 1 und 3 verläuft die Strömungsrichtung 47 der Luft von links nach rechts und die Schachthöhe 46 variiert erkennbar von links nach rechts. Wie sich den Figuren 2 und 4 entnehmen lässt, kann der Luftschacht 12 zweckmäßig so konfiguriert sein, dass er eine in der Strömungsrichtung 47 der Luft variierende Kanalbreite und/oder einen in der Strömungsrichtung 47 der Luft variierenden durchströmbaren Querschnitt aufweist. Zum Beispiel nehmen die Kanalbreite und der durchströmbare Querschnitt bei der in Figur 2 gezeigten Ausführungsform - ausgehend vom Lufteinlass 14 - zunächst ab, sind dann im Bereich der Wärmeübertragerstruktur 21 etwa konstant und nehmen anschließend bis zum Luftauslass 15 wieder zu. Bemerkenswert ist, dass die Kanalbreite und/oder der durch- strömbare Querschnitt des Luftschachts 12 in wenigstens einem der Wärmeübertragerbereiche 20 eine Engstelle bildet.
Gemäß den Figuren 1 bis 4 kann das Einrichtungsgehäuse 2 eine Rahmenstruktur 38 aufweisen, die das Einrichtungsgehäuse 2 seitlich einfasst. Die Rahmenstruktur 38 läuft um die Höhenrichtung Z geschlossen um das Einrichtungsgehäuse 2 um. Die Rahmenstruktur 38 kann nun zumindest einen für Luft durchlässigen Einlassbereich 39 aufweisen, der luftführend an den jeweiligen Lufteinlass 14 angeschlossen ist. Hierzu kann der Einlassbereich 39 perforiert sein, also eine Vielzahl von Einlassöffnungen aufweisen. Die Rahmenstruktur 38 kann außerdem zumindest einen Auslassbereich 40 aufweisen, der vom Einlassbereich 39 entfernt ist und der für Luft durchlässig ausgestaltet ist. Ferner ist der jeweilige Auslassbereich 40 an den jeweiligen Auslass 15 luftführend angeschlossen. Die Luftdurchlässigkeit des Auslassbereichs 40 kann durch eine Perforation bzw. durch eine Vielzahl von Austrittsöffnungen realisiert sein. Im Beispiel der Figur 2 sind genau ein Einlassbereich 39 und genau ein Auslassbereich 40 vorgesehen. Im Beispiel der Figur 4 sind genau ein Einlassbereich 39 und genau zwei Auslassbereiche 40 vorgesehen.
Gemäß den Figuren 1 bis 4 kann im Einlassbereich 38 zumindest ein Gebläse 13 angeordnet sein. Gemäß den Figuren 2 und 4 sind hier rein exemplarisch fünf Gebläse 13 im Einlassbereich 39 parallel angeordnet. Gemäß den Figuren 1 und 2 kann im Auslassbereich 40 ein weiteres Gebläse 13 angeordnet sein. Gemäß Figur 2 sind hier drei Gebläse 13 parallel angeordnet. Im Ausführungsbeispiel der Figuren 3 und 4 ist im jeweiligen Auslassbereich 40 dagegen kein Gebläse angeordnet. Dafür ist im Beispiel der Figuren 3 und 4 im Einlassbereich 39 ein Luftfilter 41 angeordnet, um eine Verunreinigung des jeweiligen Gebläses 13, des Luftschachts 12 und der Wärmeübertragerstruktur 21 zu vermeiden.
Im Beispiel der Figur 2 ist der Luftschacht 12 durchgehend konfiguriert, sodass er einen Lufteinlass 14 mit einem Luftauslass 15 verbindet. Im Unterschied dazu ist im Beispiel der Figur 4 der Luftschacht 12 mit einer Zweigstelle 42 versehen, sodass er drei Schachtabschnitte 43, 44, 45 aufweist, die über die Zweigstelle 42 miteinander fluidisch verbunden sind. Der erste Schachtabschnitt 43 führt vom Lufteinlass 14 zur Zweigstelle 42. Der zweite Schachtabschnitt 44 führt von der Zweigstelle 42 zu einem ersten Luftauslass 15. Der dritte Schachtabschnitt 45 führt von der Zweigstelle 42 zu einem zweiten Luftauslass 15. In diesem Fall teilt die Zweigstelle 42 einen ankommenden Luftstrom auf zwei abgehende Luftströme auf.

Claims

Ansprüche Stationäre Induktionsladeeinrichtung (1 ) für ein induktives Fahrzeugladesystem (5) zum Aufladen einer Batterie eines batterieelektrischen Fahrzeugs,
- mit einem Einrichtungsgehäuse (2), das einen Gehäuseboden (3) und einen in einer Höhenrichtung (Z) der Induktionsladeeinrichtung (1 ) vom Gehäuseboden (3) beabstandeten Gehäusedeckel (4) aufweist,
- mit wenigstens einer im Einrichtungsgehäuse (2) angeordneten Spule (6) zum Erzeugen eines elektromagnetischen Wechselfelds,
- mit einer im Einrichtungsgehäuse (2) angeordneten Leistungselektronik (7) zur Energieversorgung der Spule (6) und zum Ansteuern der Spule (6),
- mit einer Luftkühleinrichtung (11 ) zum Kühlen von Komponenten (10) der Leistungselektronik (7),
- wobei die Luftkühleinrichtung (11 ) wenigstens einen im Einrichtungsgehäuse (2) verlaufenden Luftschacht (12) zum Führen von Luft, wenigstens ein im Einrichtungsgehäuse (2) angeordnetes Gebläse (13) zum Antreiben der Luft in dem Luftschacht (12), wenigstens einen am Einrichtungsgehäuse (2) ausgebildeten, den Luftschacht (12) mit einer Umgebung (16) der Induktionsladeeinrichtung (1 ) fluidisch verbindenden Lufteinlass (14) und wenigstens einen am Einrichtungsgehäuse (2) ausgebildeten, den Luftschacht (12) mit der Umgebung (16) fluidisch verbindenden Luftauslass (15) aufweist,
- wobei der jeweilige Luftschacht (12) eine Schachtwand (17) aus Metall aufweist, die an einer Wandinnenseite (18) der Luft ausgesetzt ist,
- wobei der Luftschacht (12) wenigstens einen Wärmeübertragerbereich (20) aufweist, in dem die Schachtwand (17) an einer von der Wandin- nenseite (18) abgewandten Wandaußenseite (19) mit wenigstens einer Komponente (10) der Leistungselektronik (7) wärmeübertragend gekoppelt ist. Induktionsladeeinrichtung (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet,
- dass zumindest in einem solchen Wärmeübertragerbereich (20) eine Wärmeübertragerstruktur (21 ) im Luftschacht (12) an der Wandinnenseite (18) angeordnet ist, die von der Luft durchströmbar ist und mit der Schachtwand (17) wärmeübertragend gekoppelt ist. Induktionsladeeinrichtung (1 ) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
- dass zumindest eine solche Wärmeübertragerstruktur (21 ) Rippen (22) aufweist, die von der Luft umströmbar sind. Induktionsladeeinrichtung (1 ) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet,
- dass zumindest eine solche Wärmeübertragerstruktur (21 ) wenigstens ein Wärmerohr (23) aufweist, das Wärme von der Schachtwand (17) abführt. Induktionsladeeinrichtung (1 ) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet,
- dass zumindest eine solche Wärmeübertragerstruktur (21 ) wenigstens eine Rippe (25) aufweist, die an der Wandinnenseite (18) von der Schachtwand (17) absteht, die sich parallel zu einer den Luftschacht (12) seitlich begrenzenden Schachtseitenwand (24) erstreckt und die über wenigstens einen Flachrohrblock (26) an der jeweiligen Schachtseitenwand (24) abgestützt ist, - dass der jeweilige Flachrohrblock (26) mehrere, von der Luft durch- strömbare Flachrohre (27) aufweist, die quer zur Strömungsrichtung der Luft nebeneinander angeordnet sind und die wärmeübertragend miteinander verbunden sind,
- dass der jeweilige Flachrohrblock (26) mit der jeweiligen Schachtseitenwand (24) und mit der jeweiligen Rippe (25) wärmeübertragend gekoppelt ist. Induktionsladeeinrichtung (1 ) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,
- dass der jeweilige Flachrohrblock (26) ein der jeweiligen Schachtseitenwand (24) zugewandtes äußeres Flachrohr (27), das mit der jeweiligen Schachtseitenwand (24) wärmeübertragend gekoppelt ist, und ein von der jeweiligen Schachtseitenwand (24) abgewandtes inneres Flachrohr (27) aufweist, das mit der jeweiligen Rippe (25) wärmeübertragend gekoppelt ist. Induktionsladeeinrichtung (1 ) nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet,
- dass der Luftschacht (12) in wenigstens einem solchen Wärmeübertragerbereich (20) zwei solche Schachtseitenwände (24) aufweist, die parallel zueinander verlaufen,
- dass die in diesem Wärmeübertragerbereich (20) angeordnete Wärmeübertragerstruktur (21 ) zwei solcher Rippen (25) aufweist, die zwei äußere Rippen (25) bilden, wobei die eine äußere Rippe (25) an der einen Schachtseitenwand (24) über wenigstens einen solchen Flachrohrblock (26) abgestützt ist, während die andere äußere Rippe (25) an der anderen Schachtseitenwand (24) über wenigstens einen solchen Flachrohrblock (26) abgestützt ist. Induktionsladeeinrichtung (1 ) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet,
- dass die Wärmeübertragerstruktur (21) außerdem wenigstens eine innere Rippe (28) aufweist, die an der Wandinnenseite (18) von der Schachtwand (17) absteht, die parallel zu den äußeren Rippen (25) verläuft und zwischen den äußeren Rippen (25) angeordnet ist,
- dass die jeweilige innere Rippe (28) einerseits über wenigstens einen solchen Flachrohrblock (26) an einer der äußeren Rippen (25) abgestützt ist und andererseits über wenigstens einen solchen Flachrohrblock (26) an der anderen äußeren Rippe (25) oder an einer weiteren inneren Rippe (28) abgestützt ist. Induktionsladeeinrichtung (1 ) nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet,
- dass die Flachrohrblöcke (26) in einer Strömungsrichtung der Luft hintereinander und voneinander beabstandet angeordnet sind. Induktionsladeeinrichtung (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet,
- dass im Luftschacht (12) und/oder in wenigstens einer solchen Wärmeübertragerstruktur (21 ) mehrere von der Luft umströmbare Druckstützen (29) angeordnet sind, die in der Höhenrichtung (Z) verlaufende Druckkräfte zwischen der Schachtwand (17) und einer der Schachtwand (17) gegenüberliegenden Begrenzungswand (30) des Luftschachts (12) übertragen. Induktionsladeeinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet,
- dass zumindest eine Komponente (10, 10') der Leistungselektronik (7) mittels einer Federeinrichtung (34) gegen die Wandaußenseite (19) vorgespannt ist. Induktionsladeeinrichtung (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 11 , dadurch gekennzeichnet,
- dass zumindest eine Komponente (10, 10") der Leistungselektronik (7) mittels eines Wärmerohrs (35) mit der Wandaußenseite (19) wärmeübertragend gekoppelt ist. Induktionsladeeinrichtung (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet,
- dass zumindest eine Komponente (10) der Leistungselektronik (7) mittels eines Wärmeleiters (33) mit der Wandaußenseite (19) wärmeübertragend gekoppelt ist. Induktionsladeeinrichtung (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet,
- dass die Schachtwand (17) durch einen Abschnitt eines Abschirmblechs (36) gebildet ist, das die Leistungselektronik (7) zum Gehäuseboden (3) hin oder zum Gehäusedeckel (4) hin abdeckt, oder
- dass die Schachtwand (17) durch einen Abschnitt eines Abschirmgehäuses (37) gebildet ist, das im Einrichtungsgehäuse (2) angeordnet ist und in dem die Leistungselektronik (7) angeordnet ist. Induktionsladeeinrichtung (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet,
- dass die Schachtwand (17) in der Höhenrichtung (Z) an eine Topologie der Leistungselektronik (7) angepasst ist, sodass der Luftschacht (12) eine in der Höhenrichtung (Z) gemessene Schachthöhe (46) aufweist, die in der Strömungsrichtung (47) der Luft variiert. Induktionsladeeinrichtung (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet,
- dass der Luftschacht (12) quer zur Strömungsrichtung (47) der Luft eine Schachtbreite, die in der Strömungsrichtung (47) der Luft variiert, und/oder einen von Luft durchström baren Querschnitt aufweist, der in der Strömungsrichtung (47) der Luft variiert,
- dass die Schachtbreite und/oder der durchström bare Querschnitt des Luftschachts (12) in wenigstens einem solchen Wärmeübertragerbereich (20) eine Engstelle bildet. Induktionsladeeinrichtung (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet,
- dass das Einrichtungsgehäuse (2) eine Rahmenstruktur (38) aufweist, die das Einrichtungsgehäuse (2) seitlich einfasst,
- dass die Rahmenstruktur (38) wenigstens einen für Luft durchlässigen Einlassbereich (39) aufweist, an den der jeweilige Lufteinlass (14) angeschlossen ist,
- dass die Rahmenstruktur (38) wenigstens einen vom Einlassbereich (39) entfernten, für Luft durchlässigen Auslassbereich (40) aufweist, an den der jeweilige Luftauslass (15) angeschlossen ist. Induktionsladeeinrichtung (1 ) nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet,
- dass im jeweiligen Einlassbereich (39) wenigstens ein Gebläse (13) am jeweiligen Lufteinlass (14) angeordnet ist, und/oder
- dass im jeweiligen Auslassbereich (40) wenigstens ein Gebläse (13) am jeweiligen Luftauslass (15) angeordnet ist, und/oder
- dass wenigstens ein Gebläse (13) im Luftschacht (12) zwischen dem jeweiligen Lufteinlass (14) und dem jeweiligen Luftauslass (15) angeordnet ist, und/oder
- dass im jeweiligen Einlassbereich (39) ein Luftfilter (41 ) angeordnet ist. Induktionsladeeinrichtung (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet,
- dass der Luftschacht (12) wenigstens drei Schachtabschnitte (43, 44, 45) aufweist, die über eine Zweigstelle (42) miteinander verbunden sind, die einen ankommenden Luftstrom auf wenigstens zwei abgehende Luftströme aufteilt oder die wenigstens zwei ankommende Luftströme zu einem abgehenden Luftstrom zusammenführt. Induktionsladeeinrichtung (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet,
- dass in jeden dieser drei Schachtabschnitte (43, 44, 45) jeweils wenigstens ein Wärmeübertragungsbereich (20) ausgebildet ist. Induktives Fahrzeugladesystem (5) zum Aufladen einer Batterie eines batterieelektrischen Fahrzeugs,
- mit einer stationären Induktionsladeeinrichtung (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
- mit einer mobilen Induktionsladeeinrichtung, die im oder am Fahrzeug angeordnet ist.
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