WO2023186749A1 - Induktive ladeeinrichtung für ein fahrzeug - Google Patents

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WO2023186749A1
WO2023186749A1 PCT/EP2023/057732 EP2023057732W WO2023186749A1 WO 2023186749 A1 WO2023186749 A1 WO 2023186749A1 EP 2023057732 W EP2023057732 W EP 2023057732W WO 2023186749 A1 WO2023186749 A1 WO 2023186749A1
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WO
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winding
charging device
inductive charging
positioning signal
longitudinal direction
Prior art date
Application number
PCT/EP2023/057732
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English (en)
French (fr)
Inventor
Mike Böttigheimer
Original Assignee
Mahle International Gmbh
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Publication date
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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
    • B60L53/10—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
    • 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
    • B60L53/35—Means for automatic or assisted adjustment of the relative position of charging devices and vehicles

Definitions

  • Inductive charging device for a vehicle
  • the invention relates to an inductive charging device for a vehicle charging system and a vehicle charging system according to the type of independent patent claims.
  • DE 102018210726 A1 describes a positioning antenna that is used to position an inductive secondary unit relative to a primary unit.
  • a coil core of the positioning antenna is simultaneously used as a coil core of a charging coil for inductive energy transmission.
  • the positioning antenna can generate or receive a magnetic measuring field for positioning.
  • the positioning antenna comprises several turns of a conductor and is implemented as a solenoid coil made of ribbon cables.
  • the positioning antenna has an advantageous directivity.
  • the positioning antenna always has to be carefully positioned between the coil core and the charging coil. Furthermore, for the simple positioning antenna with advantageous directivity, no correspondingly advantageous receiver is shown on the opposite side.
  • the present invention proposes an inductive charging device for a vehicle charging system with an energy transmission winding and at least one flux guide element and at least one positioning signal winding, wherein the positioning signal winding is designed as a solenoid with a winding axis in the vehicle longitudinal direction or target vehicle longitudinal direction and the positioning signal winding encloses at least one of the at least one flux guide element and the Encloses energy transmission winding.
  • the positioning signal winding is designed as a solenoid with a winding axis in the vehicle longitudinal direction or target vehicle longitudinal direction and the positioning signal winding encloses at least one of the at least one flux guide element and the Encloses energy transmission winding.
  • inductive charging device here refers to only one of at least two parts that are necessary for an inductive energy transfer process.
  • an energy transfer winding in an inductive charging device generates an alternating magnetic field.
  • This alternating magnetic field induces a voltage in a further energy transmission winding of a further inductive charging device.
  • This further inductive charging device thus serves as a counterpart for this specific energy transfer process.
  • the energy is transmitted wirelessly and absorbed by inducing a voltage.
  • Inductive charging devices can be used for inductively charging vehicles.
  • an inductive charging device according to the invention can be used for any type of land, water or aircraft that has an electric or hybrid drive.
  • passenger cars, buses and trucks should be mentioned here.
  • a vehicle charging system includes at least one mobile inductive charging device and another, usually stationary, inductive charging device.
  • a mobile inductive charging device can be mounted on and/or in a vehicle, for example.
  • An inductive charging device on and/or in the vehicle is therefore suitable for absorbing the magnetic field and making electrical energy available from an energy storage device in the vehicle, for example a battery or accumulator in the vehicle.
  • a vehicle charging system can also be used for bidirectional charging.
  • the vehicle can also temporarily feed energy from the energy storage unit into the power grid via the vehicle charging system.
  • An inductive charging device has an energy transfer winding which can efficiently receive a magnetic field from a further energy transfer winding during the energy transfer process and/or can emit a magnetic field.
  • powers of 3 kW to 500 kW can preferably be transmitted, particularly preferably 3 kW to 50 kW.
  • a coil is defined here as a component for generating or receiving a magnetic field.
  • a coil can consist of a winding and optionally other elements such as a magnetic core and a coil support.
  • a winding is a wound arrangement of a current conductor.
  • a winding can consist of one or more turns, with one turn being one full circuit of a conductor. In general, a winding can only consist of less than one turn, for example 0.5 turns. Of course, an incomplete number of turns, such as 2.5 turns, is also possible.
  • An energy transmission winding can be designed in various shapes and, for example, consist of a high-frequency strand with a diameter between 0.5 mm and 10 mm, preferably made of copper.
  • the energy transmission winding can be designed as a flat coil.
  • a flat coil can be a spiral flat coil, in particular a circular spiral flat coil or a rectangular spiral flat coil.
  • a spiral flat coil can be wound in the form of an Archimedean spiral.
  • the winding shape can be similar to a circle (circular spiral flat coil), but other shapes, such as square-like or rectangle-like or similar to a rectangle with rounded corners, are also possible (rectangular spiral flat coil).
  • the spiral lies in one plane.
  • a flat coil is particularly suitable for achieving the highest possible performance between one stationary inductive charging device and a mobile inductive charging device in the vehicle.
  • the energy transmission winding can alternatively be designed like a flat coil distributed over several levels, for example three levels, similar to a truncated pyramid.
  • a flux guiding element is suitable for guiding a magnetic field in a predetermined manner. It has a high magnetic permeability with p r >1, preferably p r >50, particularly preferably p r >100.
  • the flux guide element represents a magnetic core for the energy transmission winding.
  • the magnetic field is influenced by the high permeability in such a way that the largest possible magnetic flux is transmitted to the energy transmission winding.
  • the energy transfer winding absorbs a larger magnetic flux than without a flux guide element, with otherwise the same parameters.
  • a flux guide element can be made of a ferromagnetic or preferably a ferrimagnetic material, particularly preferably a ferrite.
  • a flux guide element can preferably be designed like a plate - in the form of a planar core - and can be arranged in the inductive charging device on the side of the energy transmission winding, which faces away from the opposite side, i.e. the further inductive charging device.
  • a positioning signal winding can emit a positioning signal during a positioning process.
  • a positioning signal winding can generate an alternating magnetic field with a specific frequency due to an alternating voltage.
  • an energy transmission winding can also send out a positioning signal, but it is advantageous, as suggested here, to use a separate positioning signal winding to generate a positioning signal.
  • the positioning signal winding can contain magnetic fields generate which are more suitable for positioning and, in particular, enable a greater range with the same power.
  • the energy transfer windings are designed to couple as well as possible with their corresponding counterpart. They therefore generally do not have a high range in terms of sending or receiving magnetic fields in the longitudinal direction of the vehicle or the desired longitudinal direction of the vehicle. However, this is crucial for a positioning process.
  • the maximum possible power or the maximum possible magnetic fields of the positioning signal are severely limited. They are significantly lower than is the case with an energy transfer process.
  • the magnetic fields In order for the magnetic fields to remain harmless to a person, they must not exceed flux densities of 27pT or 6.25pT - depending on the frequency range.
  • a solenoid is also called a solenoid coil or solenoid coil.
  • a solenoid can be wound in the form of a helix or a cylindrical spiral. However, the winding shape does not have to be circular, but can also have other shapes, such as square-like or rectangle-like or even similar to a rectangle with rounded corners.
  • the important difference to the flat coil is that the turns are not in one plane, but extend along an axis. However, two or more turns can run parallel and are therefore in the same plane perpendicular to the axis.
  • a stationary inductive charging device has a target vehicle longitudinal direction. This is the direction in which the longitudinal direction of the vehicle should be after successful positioning. If the positioning signal winding is located in a mobile inductive charging device of a vehicle, the winding axis of the positioning signal winding is aligned in the longitudinal direction of the vehicle. If the positioning signal winding is located in a stationary inductive charging device, the winding axis of the positioning signal winding is aligned in the desired longitudinal direction of the vehicle.
  • the flux guide element takes over the guidance of a magnetic field for energy transmission during an energy transfer process and the guidance of a magnetic field for positioning during a positioning process.
  • the flow guide element therefore takes on a dual function here, which is particularly advantageous because material and installation space can be used efficiently.
  • the arrangement of the positioning signal winding around at least one of the at least one flux guide element and around the energy transmission winding is advantageous since the positioning signal winding can be arranged around an otherwise pre-assembled inductive charging device.
  • a larger area is spanned by the positioning signal winding if it is arranged around at least one of the at least one flux guide element and around the energy transmission winding than, for example, if it is arranged around only one or more flux guide elements.
  • the local maximum values of the flux density are further reduced or, in other words, a higher power can be used while maintaining the flux density reference values or flux density limit values and thus a higher range can be achieved.
  • the positioning signal winding can be arranged around the entire width of the inductive charging device in order to cover the largest possible area and thus be able to generate the most homogeneous magnetic field possible.
  • An inductive charging device according to the invention is preferably a mobile inductive charging device, which is arranged on and/or in a vehicle, or a stationary inductive charging device.
  • a stationary inductive charging device is the non-mobile part of a vehicle charging system, i.e. the part that does not move with the vehicle.
  • a stationary inductive charging device can preferably be located on, on or in a floor. This can be an inductive charging device applied to the subsurface or an inductive charging device sunk into a subsurface or in a floor.
  • a floor can be a roadway, a parking lot surface, a garage floor, a floor in a parking garage or another building.
  • a stationary inductive charging device can also be located on walls or the like.
  • the stationary inductive charging device for a dynamic inductive charging process.
  • a vehicle's energy storage can be charged while it is moving.
  • the stationary inductive charging device can extend along the road under, in or on the road surface.
  • a mobile inductive charging device can be arranged on and/or in a vehicle. In general, this refers to the part of a vehicle charging system that moves with the vehicle.
  • the positioning signal winding is preferably formed by conductor tracks which are applied to at least one circuit board, preferably to at least two circuit boards.
  • the turns of a positioning signal winding are implemented in the form of conductor tracks on circuit boards.
  • the conductor tracks can be made of copper, for example.
  • the conductor tracks can be designed in multiple layers, preferably in two layers.
  • the cross section of such a conductor track can be adapted much more flexibly to the general conditions dictated by the limited installation space.
  • positioning signal winding using conductor tracks on circuit boards makes it possible to significantly reduce the height of the positioning signal winding compared to conventional windings based, for example, on high-frequency strands.
  • This form of positioning signal winding therefore requires less installation space, particularly in the dimension along the winding axis of the energy transmission winding, which is most critical in terms of installation space.
  • At least two printed circuit boards are used for a positioning signal winding, wherein one printed circuit board can be arranged on one side of a flow guide element, for example above, and another printed circuit board can be arranged on another side of a flow guide element, for example below.
  • the conductor tracks on the two circuit boards are connected by appropriate flexible or non-flexible connections and thus form a winding.
  • the manufacturing process of a circuit board-based winding is also simpler compared to conventional windings with wound high-frequency stranded conductors.
  • the positioning signal winding is designed as a stranded wire, in particular as a high-frequency stranded wire or as a wire.
  • a high-frequency strand consists of several wires that are insulated from each other. This offers advantages because at high frequencies the current flows mainly near the surface of a conductor and by implementing it with many individual conductors, as much conductor surface as possible is available.
  • wire refers to the implementation as an insulated individual wire, which is then also wound in the form of a plurality of turns.
  • One advantage of designing the positioning signal winding as a high-frequency strand or as a wire is a proven and simple manufacturing method.
  • an additional mechanical support structure can be used so that the high-frequency strand or wire does not slip on the flow guide element.
  • a spacer structure can also be used that ensures a defined distance between the individual turns of the positioning signal winding.
  • the positioning signal winding preferably crosses at least approximately the winding axis of the energy transmission winding.
  • a winding axis cannot always be clearly assigned to it.
  • the winding axis is assumed to be approximately at the geometric center of the energy transfer winding.
  • Such an arrangement is advantageous because as little voltage as possible should be induced in the positioning signal winding during an energy transfer process, since the high powers that occur during the energy transfer could otherwise destroy or damage the positioning signal winding.
  • What is particularly important here is the main direction of the magnetic flux in the at least one flow guidance element.
  • the main direction of the magnetic field lines at the respective location means the direction in which the magnetic field lines mainly extend in the flux guide element.
  • the magnetic field lines are mainly tangential.
  • the positioning signal winding is arranged at a distance from the center of the energy transmission winding, in particular near an edge of the energy transmission winding of the inductive charging device or near an edge of the inductive charging device.
  • the positioning signal winding is shifted to the position where the positioning signal winding intersects the winding axis of the power transmission winding.
  • the positioning signal winding is therefore not arranged centrally in relation to the energy transmission winding and also not centrally in the inductive charging device.
  • the positioning signal winding is located closer to or further away from the counterpart inductive charging device compared to the center of the power transfer winding.
  • the positioning signal winding is spaced toward an edge toward the center of the power transfer winding. “Edge” here simply means that the energy transfer winding or the inductive charging device ends there and does not make any statement about the shape (e.g. rounded or not) of this edge.
  • this is a front or a rear edge Taking into account the longitudinal direction of the vehicle and, in the case of a stationary inductive charging device, around a front or a rear edge, taking into account the target longitudinal direction of the vehicle.
  • the positioning signal winding can be arranged near an edge or, for example, located halfway between the edge and the center of the energy transmission winding.
  • An arrangement at a distance from the center of the energy transmission winding initially has the advantage that a position can be found for the positioning signal winding in which no further components, for example support elements or interruptions in the flow guide elements, make arrangement difficult.
  • an arrangement at a distance from the center of the energy transmission winding is also advantageous for a positioning method. If the positioning signal winding is located closer to the inductive charging device, which forms the counterpart, compared to the center of the energy transmission winding, the range is increased. If the positioning signal winding is located further away from the inductive charging device, which forms the counterpart, compared to the center of the energy transmission winding, it is still possible to carry out a positioning method up to a smaller minimum distance between the two inductive charging devices. In general, it is the case that there is not only a maximum range for a positioning method with a vehicle charging system according to the invention, but that even with very small distances between the two inductive charging devices, a usable signal is no longer received from the sensor windings.
  • a further close positioning method can be used for the area in which the two inductive charging devices are very close to one another. But this has a very short range.
  • a vehicle charging system with a first inductive charging device and a further inductive charging device is proposed in the present case, wherein the first inductive charging device has at least one energy transmission winding and at least one flux guide element and at least one positioning signal winding and the positioning signal winding is designed as a solenoid with a winding axis in the vehicle longitudinal direction or target vehicle longitudinal direction and the further inductive charging device has at least one energy transmission winding and at least one flux guide element and a first sensor winding with a first radial longitudinal direction and a second sensor winding with a second radial longitudinal direction and the first radial longitudinal direction and the second radial longitudinal direction at an angle between 70 ° and 110 ° to each other, preferably perpendicular to each other and at an angle between 35 ° and 55 ° to the vehicle longitudinal direction or to the desired vehicle longitudinal direction, preferably at a 45 ° angle to the vehicle longitudinal direction or to the desired vehicle longitudinal direction.
  • Such a design and arrangement of the positioning signal winding and the sensor windings is advantageous both for a positioning process and for an energy transmission process.
  • the design of the positioning signal winding as a solenoid with a winding axis in the vehicle's longitudinal direction or in the desired vehicle's longitudinal direction generates a magnetic field with a main direction of the magnetic field lines in the vehicle's longitudinal direction or in the desired vehicle's longitudinal direction.
  • this has the advantage that this version enables a significantly greater range for positioning than with a positioning signal generated by an energy transmission winding with the same power or the same Magnetic field strength would be the case.
  • such an orientation of the magnetic field is also particularly suitable for enabling the simplest possible detection of a positional deviation or an angular deviation in the sensor windings.
  • the positioning signal winding is particularly preferably designed in such a way that it has a particularly large extension in the travel plane and perpendicular to the vehicle longitudinal direction or to the desired vehicle longitudinal direction.
  • the positioning signal winding can extend over the entire width of an inductive charging device.
  • a largely homogeneous magnetic field is thus achieved with a main direction of the magnetic flux in the longitudinal direction of the vehicle or the desired longitudinal direction of the vehicle.
  • a proposed arrangement of the sensor windings is also advantageous for an optimized positioning process. If the sensor windings are arranged symmetrically to the longitudinal direction of the vehicle or to the desired longitudinal direction of the vehicle, an angular deviation with respect to a homogeneous magnetic field with a clear main direction of the magnetic flux can be determined by a simple comparison of the voltages induced in the two sensor windings.
  • a positioning signal winding according to the invention and sensor signal windings according to the invention can advantageously be arranged in the respective inductive charging device in such a way that the conductors which form these windings run mainly parallel to the main direction of the magnetic flux during energy transmission at the respective location. This ensures that the lowest possible voltage is induced in the respective windings during energy transfer.
  • the orientation of the magnetic flux in the respective flux guide elements of the inductive charging devices is crucial for this. This can preferably run radially outwards from the center of the respective energy transmission winding.
  • the first inductive charging device is a mobile inductive charging device which is arranged on and/or in a vehicle and that the further inductive charging device is a stationary inductive charging device or that it is the first inductive charging device is a stationary inductive charging device and the further inductive charging device is a mobile inductive charging device which is arranged on and/or in a vehicle.
  • the positioning signal winding advantageously encloses at least one of the at least one flux guide elements.
  • the flux guide element takes over the guidance of a magnetic field for energy transmission during an energy transfer process and the guidance of a magnetic field for positioning during a positioning process.
  • the flow guidance element therefore has a dual function here.
  • the positioning signal winding at least approximately crosses the winding axis of the energy transmission winding of the first inductive charging device and the first radial longitudinal direction and the second radial longitudinal direction at least approximately cross each other in the center of the energy transmission winding of the further inductive charging device.
  • the conductors that form the positioning signal winding and the sensor windings run at least approximately parallel to the magnetic field lines that develop during the Set energy transmission at the respective location. This ensures that the lowest possible voltage is induced in the corresponding windings during the energy transfer and that these are therefore not destroyed by the high powers that occur during the energy transfer.
  • the center of the energy transfer winding here refers to the area a few centimeters around the geometric center of the energy transfer winding in the plane perpendicular to the winding axis of the energy transfer winding.
  • a corresponding arrangement of the sensor windings is advantageous because the two radial longitudinal directions of the two sensor windings are tilted relative to the longitudinal direction of the vehicle at an angle that is advantageous for optimal detection of a positional deviation between the vehicle and the stationary inductive charging device.
  • the sensor windings are arranged in relation to the energy transfer winding in such a way that the lowest possible voltages are induced in the sensor windings during the energy transfer process.
  • the two sensor windings intersect at least approximately in the center of the energy transmission winding.
  • the fact that only the radial longitudinal directions of the two sensor windings cross approximately in the center of the energy transmission winding is a weaker condition.
  • the two sensor windings it is also possible for the two sensor windings to be relatively short and arranged in a “V” shape. If you mentally extend these two sensor windings in their radial longitudinal direction, these radial longitudinal directions cross each other, but not the two sensor windings themselves. The fact that the two sensor windings cross themselves is a stricter condition. Compared to a “V”-shaped arrangement, the sensor windings are longer and actually cross each other. The arrangement is “X” shaped.
  • the sensor windings have a larger area into which voltage is induced will, than in embodiments in which only the radial longitudinal directions of the sensor windings cross in the extension and more voltage can be induced. In this case, an actual crossing of the sensor windings takes place and no longer just a crossing in the extension of the sensor windings.
  • the two sensor windings are arranged point-symmetrically to the center of the energy transmission winding.
  • the inductive charging device has at least four sensor windings, two of which are arranged on opposite sides of the center of the energy transmission winding and all radial longitudinal directions run approximately through the center of the energy transmission winding and / or the four radial longitudinal directions of the four sensor windings form an angle of 45° +/- 10°, preferably 45°, in the longitudinal direction of the vehicle.
  • the four sensor windings are thus arranged like a cross around the center of the energy transfer winding, with the center of the energy transfer winding itself being free of a sensor winding.
  • the four sensor windings can preferably be arranged radially at equal distances around the center of the energy transmission winding and be at approximately the same angle to one another.
  • the angle between the respective radial longitudinal direction of a sensor winding and the radial longitudinal direction of the adjacent sensor winding can always be 45°+/- 10°, preferably 45°.
  • this embodiment is advantageous compared to the embodiment with only two sensor windings, since the installation space is more efficient with this arrangement can be used and so more turns can be realized per sensor winding. Overall, more tension is therefore induced. Compared to the embodiment with two crossing sensor windings, it also offers the advantage that the center of the energy transmission winding remains free of a sensor winding and thus stabilizing elements can be introduced in this area.
  • the four sensor windings can be connected to one another, preferably connected in series. Particularly preferably, the two diagonally opposite sensor windings are connected to one another in series.
  • the positioning signal winding is spaced from the center of the energy transmission winding of the first inductive
  • Charging device is arranged in particular near an edge of the energy transmission winding of the first inductive charging device or near an edge of the first inductive charging device.
  • the positioning signal winding is arranged further away from the further inductive charging device during a positioning process than the center of the energy transmission winding of the first inductive charging device.
  • the positioning signal winding is formed by conductor tracks which are applied to at least one circuit board
  • the first sensor winding and the second sensor winding are formed by conductor tracks which are applied to at least one circuit board.
  • the respective circuit board has a shape that extends in the direction of the turns and has a width that is transverse to the longitudinal direction of the turns, between 20 mm and 60 mm, in particular from 30 mm to 50 mm, preferably from 40 mm. So that there can be several windings on it, especially next to each other.
  • the respective circuit board preferably has several turns between 7 and 20, in particular from 10 to 16, preferably 13.
  • the manufacturing process of a circuit board-based sensor winding is also simpler compared to conventional sensor windings with wound high-frequency stranded conductors.
  • the first sensor winding and/or the second sensor winding and/or the positioning signal winding consist from upper conductor tracks on an upper circuit board and from lower conductor tracks on a lower circuit board.
  • the conductor tracks on the upper PCB can be connected to the conductor tracks on the lower PCB in such a way that a spiral winding is created.
  • the upper conductor track can be arranged primarily above one or more flow-guiding elements and the lower conductor track can be arranged primarily below one or more flow-guiding elements.
  • the upper conductor tracks are preferably connected to the lower conductor tracks via plated-through and/or surface-soldered connector strips and socket strips.
  • connector strips and socket strips By using connector strips and socket strips, it is possible to establish a connection without soldering the conductor tracks during assembly of the inductive charging device. This offers significant manufacturing advantages.
  • plug strips and socket strips can also involve a soldering process when using surface-mounted or surface-soldered (surface mounted device, SMD) plug strips and socket strips, which, however, is significantly easier than a soldering process without appropriate plug-in devices.
  • SMD surface mounted device
  • the upper conductor tracks are connected to the lower conductor tracks via flexible circuit boards.
  • the upper circuit boards and the lower circuit boards can continue to be designed as rigid circuit boards.
  • the flexible circuit boards ensure the connection via the vertical end faces and thus complete the winding for the coil around the at least one flux guide element. This creates a combination of rigid and flexible circuit boards. This combination is also known as rigid-flex printed circuit boards. This is also a variant that enables easier and more suitable production than soldering on site.
  • the electrical current flowing through the respective positioning signal winding is in particular between 130 mA and 390 mA, for example between 195 mA and 325 mA, preferably 260 mA.
  • the invention further includes an inductive charging device for a vehicle charging system according to the invention, wherein the inductive charging device has an energy transmission winding and at least one flux guide element and at least one positioning signal winding, the positioning signal winding being designed as a solenoid with a winding axis in the vehicle longitudinal direction or target vehicle longitudinal direction and the flux guide element is suitable, to guide a magnetic field during an energy transfer process to or from the inductive charging device and the positioning signal winding encloses at least one of the at least one flux guide elements.
  • the inductive charging device has an energy transmission winding and at least one flux guide element and at least one positioning signal winding, the positioning signal winding being designed as a solenoid with a winding axis in the vehicle longitudinal direction or target vehicle longitudinal direction and the flux guide element is suitable, to guide a magnetic field during an energy transfer process to or from the inductive charging device and the positioning signal winding encloses at least one of the at least one flux guide elements.
  • a plurality of flux-guiding elements are arranged radially around the center of the energy transmission winding, with gaps between the flux-guiding elements also extending radially.
  • several smaller flow control elements usually have to be placed next to each other.
  • rectangular flow guidance elements These are easier to make. Smaller gaps are then always present between the flow guidance elements. These can negatively influence the guidance of the magnetic field.
  • the gaps between the flux guide elements will always also partially run perpendicular to the magnetic field lines. It is therefore advantageous if the gaps between the flux guide elements also run radially and thus influence the guidance of the magnetic field as little as possible.
  • several flow-guiding elements can be designed as at least approximately rectangular tiles with gaps between the flow-guiding elements.
  • Fig. 1 is a highly simplified representation of a vehicle with an inductive charging device above a stationary inductive charging device
  • Fig. 2 is a schematic top view of an inductive charging device according to the invention
  • Fig. 3 is a schematic top view of an alternative inductive charging device according to the invention.
  • Fig. 4 shows schematic side views of two alternative inductive charging devices according to the invention
  • FIG. 5 schematic perspective view of a positioning signal winding according to the invention
  • Fig. 6 is a schematic representation of the directions in a winding
  • Fig. 7 is a schematic representation of an inventive
  • FIG. 8 top view of an inductive charging device according to the invention with sensor windings
  • Fig. 9 is a top view of an alternative inductive charging device according to the invention with positioning signal windings
  • FIG. 1 shows a mobile inductive charging device 1a, which is arranged on a vehicle 2 with an energy storage device 3 and is positioned above a stationary inductive charging device 1b. During operation, energy can be transferred from the stationary inductive charging device 1b to the mobile inductive charging device 1a and the energy storage of the vehicle 3 can thereby be charged.
  • the mobile inductive charging device 1a and the stationary inductive charging device 1b together form or are part of a vehicle charging system 8.
  • the vehicle charging system 8 can be bidirectional operate. Energy can temporarily be transferred from the mobile inductive charging device 1a to the stationary inductive charging device 1b.
  • the stationary inductive charging device 1 b arranged on the ground in FIG. 1 can alternatively also be arranged recessed in the road (not shown here). In the case of a recessed arrangement, the inductive charging device 1 b can be covered by certain layers of the road or can be flush with the road surface.
  • Fig. 2 shows an inductive charging device 1 according to the invention with an energy transmission winding 4 and several flux guide elements 5.
  • the energy transmission winding 4 is designed as a flat coil 10.
  • a positioning signal winding 41 is arranged around the flux guide elements 5 and around the energy transmission winding 4.
  • the positioning signal winding 41 is designed as a solenoid 42.
  • the positioning signal winding 41 is arranged centrally and running over the middle of the energy transmission winding 4.
  • Fig. 3 shows an alternative inductive charging device 1 according to the invention.
  • the positioning signal winding 41 is here arranged only around the flux guide elements 5 but not around the energy transmission winding 4. Furthermore, the positioning signal winding 41 does not run over the middle of the energy transmission winding 4 here, but is arranged near an edge of the inductive charging device 1.
  • Fig. 4 shows two different inductive charging devices 1 according to the invention in a side view.
  • the embodiment is shown on the left in which a positioning signal winding 41 encloses the energy transmission winding 4 and the flow guide elements 5.
  • the positioning signal winding 41 is also wound around the energy transmission winding 4 as in FIG. 2 arranged.
  • the embodiment is shown on the right in which a positioning signal winding 41 encloses the flux guide elements 5 but not the energy transmission winding 4.
  • the positioning signal winding 41 is therefore arranged not wound around the energy transmission winding 4, as in FIG. 3.
  • FIG. 5 shows a schematic perspective view of a positioning signal winding 41 according to the invention. This is arranged here around a flow guide element 5.
  • the positioning signal winding 41 is implemented as conductor tracks 38 on circuit boards 37. On the vertical short edges, the conductor tracks are connected via flexible elements as connecting elements 43.
  • FIG. 6 shows schematically how the directions, in particular the radial longitudinal direction 11, are defined here in a winding, in particular in a sensor winding.
  • the example in FIG. 6 is a solenoid coil with five turns.
  • the direction along which the winding was wound is the winding axis 27.
  • the coil here has a rectangular, not square, cross section.
  • the direction along the longer side of the rectangle is called the radial longitudinal direction 11 here. If the cross section is not rectangular but elliptical, the radial longitudinal direction 11 runs along the main axis of the ellipse.
  • the vehicle charging system includes the mobile inductive charging device 1a and the stationary inductive charging device 1b.
  • the mobile inductive charging device 1a also contains a positioning signal winding 41.
  • the positioning signal winding 41 has a winding axis 27 and a radial longitudinal direction 11.
  • the conductors which form the positioning signal winding 41 extend mainly along the radial longitudinal direction 11. The positioning signal winding 41 thus generates a magnetic field during operation, with the orientation of the magnetic field lines largely lying parallel to the winding axis 27 in a plane.
  • a magnetic field aligned in this way is particularly suitable for detecting a positional deviation or an angular deviation with respect to the stationary inductive charging device 1b.
  • the stationary inductive charging device 1 b has two in addition to the energy transmission winding (not shown).
  • Sensor windings 9a and 9b Both sensor windings each have a radial longitudinal direction 11a and 11b, into which the conductors that form the sensor windings mainly extend. Both sensor windings are arranged at an angle of 45° to the desired vehicle longitudinal direction 6a and thus to the vehicle longitudinal direction 6 in the target position and symmetrically to the desired vehicle longitudinal direction 6a.
  • the two sensor windings 9a and 9b or their radial longitudinal directions 11a and 11b are therefore perpendicular to one another.
  • the positioning signal winding 41 generates a fairly homogeneous magnetic field with magnetic field lines that extend mainly in the travel plane and parallel to the longitudinal direction of the vehicle.
  • a voltage is induced in the sensor windings 9a and 9b by the magnetic field of the positioning signal winding 41. This voltage is proportional to the component of the magnetic field, which is perpendicular to the respective radial longitudinal direction 11a, 11b of the sensor winding. If the vehicle drives exactly vertically towards the stationary inductive charging device 1b, as shown in the left sketch, an equal voltage is induced in both sensor windings 9a and 9b.
  • Fig. 7b shows an exemplary embodiment in which the positioning signal winding 41 is arranged in the stationary inductive charging device 1b and the sensor windings 9a and 9b are arranged in the mobile inductive charging device 1a.
  • the functionality of this exemplary embodiment is otherwise exactly the same. Shown here is a case in which the vehicle 2 does not approach the stationary inductive charging device 1 b perpendicularly, but deviates from it at an angle of approximately 45 °.
  • the vehicle longitudinal direction 6 and the target vehicle longitudinal direction 6a are therefore at an angle of 45° to one another.
  • the positioning signal winding 41 generates a magnetic field which is perpendicular to the first sensor winding 9a. Here a maximum voltage is induced.
  • the magnetic field generated by the positioning signal winding 41 is also stationary approximately parallel to the second sensor winding 9b. Here a minimal or no voltage is induced.
  • FIG. 8 shows a top view of an inductive charging device 1 according to the invention.
  • This can be a mobile inductive charging device 1a or a stationary inductive charging device 1b.
  • eight flux guide elements 5 are shown, which are arranged radially around the center 7 of the energy transmission winding 4 in the plane. There are narrow gaps between the flow guide elements 5. Errors!
  • the columns also run radially around the center 7, so the columns run approximately in the main direction of the magnetic field lines (here three magnetic field lines 14 symbolically indicated), which arise when energy is transferred in the flux guide elements 5.
  • the energy transmission winding 4, which is covered by the flux guide elements 5 in the top view, is indicated by dashed lines.
  • the energy transmission winding 4 here is a flat coil 10.
  • a first sensor winding 9.9a is arranged around one of the flow guide elements 5 and a second sensor winding 9.9b is arranged around another flow guide element 5.
  • the sensor windings are designed here as a solenoid, also known as a solenoid coil.
  • the first sensor winding 9a is arranged axially symmetrically to the second sensor winding 9b with respect to the vehicle longitudinal direction 6 (or the target vehicle longitudinal direction 6a).
  • the first sensor winding 9a has a first radial longitudinal direction 11a and the second sensor winding 9b has a second radial longitudinal direction 11b.
  • the angle 11b between the first radial longitudinal direction 11a and the longitudinal direction 6 of the vehicle 2 is at least approximately the same size as the angle 12 between the second radial longitudinal direction 11b and the longitudinal direction of the vehicle.
  • the first radial longitudinal direction 11a and the second radial longitudinal direction 11b intersect or intersect at least approximately in the center 7 of the energy transmission winding 4.
  • the first radial longitudinal direction 11a and the second radial longitudinal direction 11b extend radially from the center 7 of the energy transmission winding 4 outwards.
  • the vehicle 2 is positioned above the stationary inductive charging device 1b and energy is transferred to the inductive charging device 1a.
  • the flow guidance elements 5 take on the function of flow guidance.
  • the field lines of the magnetic field run approximately in a radial direction.
  • Three magnetic field lines 14 are symbolically indicated in FIG. Since the first radial longitudinal direction 11a and the second radial longitudinal direction 11b are also aligned radially and thus at least approximately parallel to the magnetic field lines 14, only relatively little to no voltage is induced in the first sensor winding 9a and in the second sensor winding 9b. This is important because with the high power transmission and thus high flux densities, the sensor windings could easily be destroyed. Additional effort to prevent the arrangement from being destroyed is therefore not necessary.
  • the inductive charging device 1 has an energy transmission winding 4 and a positioning signal winding 41.
  • the positioning signal winding 41 is designed as a solenoid 42.
  • the inductive charging device 1 also has a plurality of flow guide elements 5. These are arranged spaced apart from one another by columns 27.
  • the positioning signal winding 41 is arranged around the flux guide elements 5, but is not arranged around the power transmission winding 4.
  • the energy transmission winding 4 is designed as a flat coil 10.
  • the flow guide elements 5 are arranged on mechanical support elements 44.
  • the positioning signal winding 41 is arranged so that no support elements 44 run in this area and only gaps 27 between the flow guide elements 5 run in one direction.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine induktive Ladeeinrichtung für ein Fahrzeugladesystem mit einer Energieübertragungswicklung und mindestens einem Flussführungselement und mindestens einer Positionierungssignalwicklung. Die Positionierungssignalwicklung ist als Solenoid mit einer Wicklungsachse in Fahrzeuglängsrichtung oder Soll-Fahrzeuglängsrichtung ausgeführt und das Flussführungselement ist geeignet, während eines Energieübertragungsvorgangs, welcher zwischen einer weiteren induktiven Ladeeinrichtung und der Energieübertragungswicklung stattfindet, ein Magnetfeld zu führen. Die Positionierungssignalwicklung umschließt mindestens eins der mindestens einen Flussführungselemente und die Energieübertragungswicklung.

Description

Induktive Ladeeinrichtung für ein Fahrzeug
Die Erfindung betrifft eine induktive Ladeeinrichtung für ein Fahrzeugladesystem sowie ein Fahrzeugladesystem nach Gattung der unabhängigen Patentansprüche.
In der DE 102018210726 A1 wird eine Positionierungsantenne beschrieben, die benutzt wird, um eine induktive Sekundäreinheit relativ zu einer Primäreinheit zu positionieren. Hierbei wird ein Spulenkern der Positionierungsantenne gleichzeitig als Spulenkern einer Ladespule zur induktiven Energieübertragung genutzt. Die Positionierungsantenne kann ein magnetisches Messfeld für die Positionierung erzeugen oder empfangen. Die Positionierungsantenne umfasst mehrere Windungen eines Leiters und ist als Zylinderspule aus Flachbandkabeln realisiert. Die Positionierungsantenne weist eine vorteilhafte Richtwirkung auf.
Hierbei muss die Positionierungsantenne stets aufwendig zwischen Spulenkern und Ladespule positioniert werden. Des Weiteren wird für die einfache Positionierungsantenne mit vorteilhafter Richtwirkung kein entsprechend vorteilhafter Empfänger auf der Gegenseite gezeigt.
Es wird vorliegend eine induktive Ladeeinrichtung für ein Fahrzeugladesystem mit einer Energieübertragungswicklung und mindestens einem Flussführungselement und mindestens einer Positionierungssignalwicklung vorgeschlagen, wobei die Positionierungssignalwicklung als Solenoid mit einer Wicklungsachse in Fahrzeuglängsrichtung oder Soll-Fahrzeuglängsrichtung ausgeführt ist und die Positionierungssignalwicklung mindestens eins der mindestens einen Flussführungselements umschließt und die Energieübertragungswicklung umschließt. Beim induktiven Laden wird Energie in Form eines magnetischen Feldes zwischen zwei induktiven Ladeeinrichtungen, zumeist zwischen einer stationären Ladeeinrichtung und einer mobilen induktiven Ladeeinrichtung, übertragen.
Der Begriff „induktive Ladeeinrichtung“ bezeichnet hier somit nur einen von zumindest zwei Teilen, die für einen induktiven Energieübertragungsvorgang nötig sind. Beim induktiven Energieübertragungsvorgang erzeugt eine Energieübertragungswicklung in einer induktiven Ladeeinrichtung ein magnetisches Wechselfeld. Dieses magnetische Wechselfeld induziert eine Spannung in einer weiteren Energieübertragungswicklung einer weiteren induktiven Ladeeinrichtung. Diese weitere induktive Ladeeinrichtung dient somit für diesen spezifischen Energieübertragungsvorgang als Gegenstück. Die Energie wird drahtlos übertragen und durch Induktion einer Spannung aufgenommen.
Induktive Ladeeinrichtungen können zum induktiven Laden von Fahrzeugen verwendet werden. Im Prinzip kann eine erfindungsgemäße induktive Ladeeinrichtung für jede Sorte von Land-, Wasser- oder Luftfahrzeug eingesetzt werden, die über einen elektrischen oder einen Hybridantrieb verfügen. Insbesondere seien hierbei Personenkraftwagen, Busse und Lastkraftwagen genannt.
Ein Fahrzeugladesystem umfasst zumindest eine mobile induktive Ladeeinrichtung und eine weitere, meist stationäre induktive Ladeeinrichtung. Eine mobile induktive Ladeeinrichtung kann beispielsweise an und/oder in einem Fahrzeug montiert sein.
Eine induktive Ladeeinrichtung an und/oder im Fahrzeug ist daher geeignet, das magnetische Feld aufzunehmen und elektrische Energie eines Energiespeichers des Fahrzeuges beispielsweise einer Batterie bzw. eines Akkumulators im Fahrzeug zur Verfügung zu stellen. Prinzipiell kann ein Fahrzeugladesystem auch zum bidirektionalen Laden eingesetzt werden. Hierbei kann das Fahrzeug zeitweise auch Energie aus dem Energiespeicher über das Fahrzeugladesystem ins Stromnetz einspeisen.
Eine induktive Ladeeinrichtung weist eine Energieübertragungswicklung auf, die während des Energieübertragungsvorgangs ein Magnetfeld, von einer weiteren Energieübertragungswicklung in effizienter Weise empfangen kann und/oder ein Magnetfeld aussenden kann. Hierbei können vorzugsweise Leistungen von 3 kW bis 500 kW besonders bevorzugt von 3 kW bis 50 kW übertragen werden.
Ganz allgemein wird eine Spule hier definiert als ein Bauteil zur Erzeugung oder zum Empfang eines magnetischen Feldes. Eine Spule kann aus einer Wicklung und optional weiteren Elementen wie einem Magnetkern und einem Spulenträger bestehen. Eine Wicklung ist hierbei eine gewickelte Anordnung eines Stromleiters. Eine Wicklung kann aus einer oder mehreren Windungen bestehen, wobei eine Windung einen vollen Umlauf eines Leiters bezeichnet. Ganz allgemein kann eine Wicklung aber auch nur aus weniger als einer Windung, also beispielsweise 0,5 Windungen bestehen. Natürlich ist auch eine nichtvollständige Anzahl an Windungen, wie beispielsweise 2,5 Windungen möglich.
Eine Energieübertragungswicklung kann in verschiedenen Formen ausgeführt sein und beispielsweise aus einer Hochfrequenzlitze mit einem Durchmesser zwischen 0,5 mm und 10 mm bevorzugt aus Kupfer bestehen.
Die Energieübertragungswicklung kann als Flachspule ausgeführt sein. Bei einer Flachspule kann es sich um eine Spiralflachspule, insbesondere um eine Kreisspiralflachspule oder um eine Reckteckspiralflachspule handeln. Eine Spiralflachspule kann in Form einer archimedischen Spirale gewickelt sein. Die Windungsform kann hierbei kreisähnlich (Kreisspiralflachspule) sein, aber auch andere Formen, wie beispielsweise quadratähnlich oder rechteckähnlich oder auch ähnlich einem Rechteck mit abgerundeten Ecken, sind möglich (Rechteckspiralflachspule). Die Spirale liegt dabei in einer Ebene. Eine Flachspule ist besonders geeignet, um eine möglichst hohe Leistung zwischen einer stationären induktiven Ladeeinrichtung und einer mobilen induktiven Ladeeinrichtung im Fahrzeug zu übertragen.
Die Energieübertragungswicklung kann alternativ ähnlich einer Flachspule über mehrere Ebenen beispielsweise drei Ebenen verteilt ähnlich einem Pyramidenstumpf ausgeführt sein.
Ein Flussführungselement ist dazu geeignet, ein Magnetfeld in vorgegebener Art zu führen. Es besitzt eine hohe magnetische Permeabilität mit pr>1 , bevorzugt pr>50, besonders bevorzugt pr>100. Das Flussführungselement stellt einen Magnetkern für die Energieübertragungswicklung dar. Insbesondere wird hierbei das Magnetfeld durch die hohe Permeabilität so beeinflusst, dass ein möglichst großer magnetischer Fluss an die Energieübertragungswicklung übertragen wird. Mit einem Flussführungselement nimmt die Energieübertragungswicklung bei ansonsten gleichen Parametern einen größeren magnetischen Fluss auf als ohne ein Flussführungselement. Ein Flussführungselement kann aus einem ferromagnetischem oder bevorzugt aus einem ferrimagnetischen Material, besonders bevorzugt aus einem Ferrit sein. Ein Flussführungselement kann bevorzugt plattenartig - in Form eines Planarkerns - ausgeführt sein und in der induktiven Ladeeinrichtung auf der Seite der Energieübertragungswicklung, welche von der Gegenseite, also der weiteren induktiven Ladeeinrichtung abgewandt ist, angeordnet sein.
Eine Positionierungssignalwicklung kann während eines Positionierungsvorgangs ein Positionierungssignal aussenden. Beispielsweise kann eine Positionierungssignalwicklung ein magnetisches Wechselfeld mit einer bestimmten Frequenz aufgrund einer Wechselspannung erzeugen. Prinzipiell kann auch eine Energieübertragungswicklung ein Positionierungssignal aussenden, es ist jedoch vorteilhaft, wie hier vorgeschlagen, eine separate Positionierungssignalwicklung zur Erzeugung eines Positionierungssignals zu verwenden. Insbesondere kann die Positionierungssignalwicklung Magnetfelder erzeugen, welche für die Positionierung geeigneter sind und insbesondere bei gleicher Leistung eine höhere Reichweite ermöglichen. Die Energieübertragungswicklungen sind so ausgelegt, dass sie möglichst gut mit dem entsprechenden Gegenstück koppeln. Sie weisen daher im Allgemeinen keine hohe Reichweite in Bezug auf das Senden oder Empfangen von magnetischen Felder in Fahrzeuglängsrichtung bzw. Soll-Fahrzeuglängsrichtung auf. Dies ist jedoch für einen Positionierungsvorgang ausschlaggebend.
Bei der Positionierung ist die maximal mögliche Leistung bzw. sind die maximal möglichen magnetischen Felder des Positionierungssignal stark beschränkt. Sie sind deutlich geringer, als dies bei einem Energieübertragungsvorgang der Fall ist. Während des Positionierungsvorgangs befindet sich kein Fahrzeug auf der stationären induktiven Ladeeinrichtung. Daher ist es möglich, dass beispielsweise eine Person auf der stationären induktiven Ladeeinrichtung steht. Damit die magnetischen Felder für eine Person ungefährlich bleiben dürfen sie - je nach Frequenzbereich - Flussdichten von 27pT bzw. 6,25pT nicht überschreiten.
Mit einer vorgeschlagenen Positionierungssignalwicklung ist es möglich Positionierungssignale zu erzeugen, welche die Grenzwerte bzw. Referenzwerte einhalten und trotzdem eine hohe Reichweite ermöglichen.
Ein Solenoid wird auch Zylinderspule bzw. Solenoid-Spule genannt. Ein Solenoid kann in Form einer Helix, bzw. einer zylindrischen Spirale gewickelt sein. Die Windungsform muss hierbei allerdings nicht kreisähnlich sein, sondern kann auch andere Formen, wie beispielsweise quadratähnlich oder rechteckähnlich oder auch ähnlich einem Rechteck mit abgerundeten Ecken, aufweisen. Der wichtige Unterschied zur Flachspule ist, dass sich die Windungen nicht in einer Ebene befinden, sondern entlang einer Achse erstrecken. Hierbei können aber durchaus auch zwei oder mehr Windungen parallel verlaufen und sich somit in derselben Ebene senkrecht zur Achse befinden.
Eine stationäre induktive Ladeeinrichtung weist eine Soll-Fahrzeuglängsrichtung auf. Dies ist die Richtung, in der sich die Längsrichtung des Fahrzeugs nach erfolgreichem Positionierungsvorgang befinden soll. Befindet sich die Positionierungssignalwicklung in einer mobilen induktiven Ladeeinrichtung eines Fahrzeugs so ist die Wicklungsachse der Positionierungssignalwicklung in Fahrzeuglängsrichtung ausgerichtet. Befindet sich die Positionierungssignalwicklung in einer stationären induktiven Ladeeinrichtung so ist die Wicklungsachse der Positionierungssignalwicklung in Soll-Fahrzeuglängsrichtung ausgerichtet.
Bei der vorgeschlagenen Anordnung übernimmt das Flussführungselement während eines Energieübertragungsvorgang die Führung eines Magnetfelds zur Energieübertragung und während eines Positionierungsvorgangs die Führung eines Magnetfelds zur Positionierung. Somit übernimmt das Flussführungselement hier eine doppelte Funktion, was besonders vorteilhaft ist, da somit Material und Bauraum effizient genutzt werden können.
Die Anordnung der Positionierungssignalwicklung um mindestens eins der mindestens einen Flussführungselements und um die Energieübertragungswicklung ist vorteilhaft, da hierbei die Positionierungssignalwicklung um eine ansonsten fertig vormontierte induktive Ladeeinrichtung angeordnet werden kann. Darüber hinaus wird von der Positionierungssignalwicklung eine größere Fläche aufgespannt, wenn diese um mindestens eins der mindestens einen Flussführungselements und um die Energieübertragungswicklung angeordnet wird, als beispielsweise wenn diese nur um ein oder mehrere Flussführungselemente angeordnet wird. Somit werden bei gleicher Leistung die lokalen Maximalwerte der Flussdichte weiter reduziert oder anders ausgedrückt, es kann eine höhere Leistung bei Einhaltung der Flussdichtereferenzwerte bzw. Flussdichtegrenzwerte verwendet werden und somit eine höhere Reichweite erreicht werden.
Besonders bevorzugt kann die Positionierungssignalwicklung um die komplette Breite der induktiven Ladeeinrichtung angeordnet sein, um so eine möglichst große Fläche abzudecken und damit ein möglichst homogenes magnetisches Feld erzeugen zu können. Bevorzugt handelt es sich bei einer erfindungsgemäßen induktiven Ladeeinrichtung um eine mobile induktive Ladeeinrichtung, welche an und/oder in einem Fahrzeug angeordnet ist oder um eine stationäre induktive Ladeeinrichtung.
Eine stationäre induktive Ladeeinrichtung ist der nicht mobile Teil eines Fahrzeugladesystems, also der Teil, der sich nicht mit dem Fahrzeug mit fortbewegt.
Eine stationäre induktive Ladeeinrichtung kann sich bevorzugt auf, an oder in einem Boden befinden. Hierbei kann es sich um eine auf dem Untergrund aufgebrachte induktive Ladeeinrichtung oder um eine in einem Untergrund oder in einem Boden versenkte induktive Ladeeinrichtung handeln. Bei einem Boden kann es sich um eine Fahrbahn, eine Parkplatzoberfläche, einen Garagenboden, einem Boden in einem Parkhaus oder einem sonstigen Gebäude handeln. Eine stationäre induktive Ladeeinrichtung kann sich aber alternativ auch an Wänden oder dergleichen befinden.
Es ist auch möglich, dass es sich um eine stationäre induktive Ladeeinrichtung für einen dynamischen induktiven Ladevorgang handelt. Bei einem dynamischen induktiven Ladevorgang kann ein Energiespeicher eines Fahrzeugs geladen werden während sich dieses fortbewegt. Beispielsweise kann in diesem Fall die stationäre induktive Ladeeinrichtung sich entlang der Fahrbahn unter, in oder auf der Fahrbahnoberfläche erstrecken.
Eine mobile induktive Ladeeinrichtung kann an und/oder in einem Fahrzeug angeordnet. Ganz allgemein wird hierunter der Teil eines Fahrzeugladesystems verstanden, der sich mit dem Fahrzeug mit fortbewegt.
Bevorzugt wird die Positionierungssignalwicklung durch Leiterbahnen, welche auf mindestens einer Leiterplatte, bevorzugt auf mindestens zwei Leiterplatten aufgebracht sind, gebildet. Hierbei werden die Windungen einer Positionierungssignalwicklung in Form von Leiterbahnen auf Leiterplatten realisiert.
Die Leiterbahnen können hierbei beispielsweise aus Kupfer sein.
Die Leiterbahnen können hierbei mehrlagig, bevorzugt zweilagig ausgeführt sein. Der Querschnitt einer solchen Leiterbahn kann hierbei viel flexibler an die Rahmenbedingungen, die durch den beschränkten Bauraum vorgegeben werden, angepasst werden. Insbesondere ist es möglich, den Querschnitt der Leiterbahnen als Rechteck mit einer niedrigen Höhe auszuführen, wobei sich die Höhe hier in der Dimension senkrecht zum Untergrund befindet.
Die Realisierung einer Positionierungssignalwicklung mittels Leiterbahnen auf Leiterplatten ermöglicht es, die Höhe der Positionierungssignalwicklung im Vergleich zu herkömmlichen, beispielsweise auf Hochfrequenzlitzen basierenden Wicklungen signifikant zu reduzieren. Diese Form der Positionierungssignalwicklung benötigt daher weniger Bauraum insbesondere in der Dimension entlang der Wicklungsachse der Energieübertragungswicklung, die bezüglich des Bauraums am kritischsten ist.
Bevorzugt werden für eine Positionierungssignalwicklung zumindest zwei Leiterplatten verwendet, wobei eine Leiterplatte auf einer Seite eines Flussführungselements, beispielsweise oberhalb und eine weitere Leiterplatte auf einer weiteren Seite eines Flussführungselements, beispielsweise unterhalb angeordnet sein kann. Die Leiterbahnen auf den beiden Leiterplatten werden hierbei durch entsprechende flexible oder nicht flexible Verbindungen verbunden und bilden somit eine Wicklung. Auch das Herstellungsverfahren einer auf Leiterplatten basierenden Wicklung ist einfacher im Vergleich zu herkömmlichen Wicklungen mit gewickelten Hochfrequenzlitzenleitern.
In einer alternativen vorteilhaften Ausführungsform ist die Positionierungssignalwicklung als Litze, insbesondere als Hochfrequenzlitze oder als Draht ausgebildet. Eine Hochfrequenzlitze besteht aus mehreren zueinander isolierten Drähten. Dies bietet Vorteile, da bei hohen Frequenzen der Strom hauptsächlich nahe der Oberfläche eines Leiters fließt und durch die Realisierung mit vielen Einzelleitern möglichst viel Leiteroberfläche zur Verfügung steht.
Als Draht wird hierbei die Realisierung als isolierter Einzeldraht, der dann ebenfalls in Form von einer Mehrzahl von Windungen gewickelt wird, bezeichnet. Ein Vorteil daran die Positionierungssignalwicklung als Hochfrequenzlitze oder als Draht auszuführen, ist, eine bewährte und einfache Herstellungsweise.
Für diese Ausführungsform kann eine zusätzliche mechanische Stützstruktur verwendet werden, damit die Hochfrequenzlitze bzw. der Draht nicht auf dem Flussführungselement verrutscht.
Alternativ ist es möglich, die Hochfrequenzlitze oder den Draht mit dem mindestens einen Flussführungselement zu verkleben, um ein Verrutschen zu verhindern.
Es kann auch eine Abstandhalterstruktur verwendet werden, die einen definierten Abstand zwischen den einzelnen Windungen der Positionierungssignalwicklung sicherstellt.
Bevorzugt kreuzt die Positionierungssignalwicklung zumindest annähernd die Wicklungsachse der Energieübertragungswicklung.
Abhängig von der Form der Energieübertragungswicklung kann dieser nicht in jedem Fall eindeutig direkt eine Wicklungsachse zugewiesen werden. In diesem Fall wird die Wicklungsachse als sich annähernd in der geometrischen Mitte der Energieübertragungswicklung befindend angenommen.
Eine solche Anordnung ist vorteilhaft, da während eines Energieübertragungsvorgangs möglichst wenig Spannung in die Positionierungssignalwicklung induziert werden soll, da die hohen Leistungen, die während der Energieübertragung auftreten ansonsten die Positionierungssignalwicklung zerstören oder schädigen könnten. Hierfür entscheidend ist vor allem die Hauptrichtung des magnetischen Flusses in dem wenigstens einen Flussführungselement. Mit der Hauptrichtung der Magnetfeldlinien ist am jeweiligen Ort die Richtung gemeint, in welcher die Magnetfeldlinien sich hauptsächlich im Flussführungselement erstrecken. Hier verlaufen die Magnetfeldlinien hauptsächlich tangential. Somit ist eine Anordnung der Positionierungssignalwicklung annähernd durch das Zentrum der Energieübertragungswicklung, also die Wicklungsachse der Energieübertragungswicklung kreuzend vorteilhaft, da in diesem Fall die Leiter der Positionierungssignalwicklung zumindest annähernd parallel zu den Magnetfeldlinien verlaufen und deshalb nur eine sehr geringe Spannung induziert wird.
In einer alternativen bevorzugen Ausführungsform ist die Positionierungssignalwicklung beabstandet zum Zentrum der Energieübertragungswicklung insbesondere nahe einer Kante der Energieübertragungswicklung der induktiven Ladeeinrichtung oder nahe einer Kante der induktiven Ladeeinrichtung angeordnet.
Bei dieser Ausführungsform ist die Positionierungssignalwicklung zu der Position, bei der die Positionierungssignalwicklung die Wicklungsachse der Energieübertragungswicklung schneidet, verschoben. Die Positionierungssignalwicklung ist also nicht zentral in Bezug auf die Energieübertragungswicklung und auch nicht zentral in der induktiven Ladeeinrichtung angeordnet. Die Positionierungssignalwicklung befindet sich im Vergleich zum Zentrum der Energieübertragungswicklung näher an oder weiter entfernt von der induktiven Ladeeinrichtung, die das Gegenstück bildet. Die Positionierungssignalwicklung befindet sich in Richtung einer Kante zum Zentrum der Energieübertragungswicklung beabstandet. „Kante“ bedeutet hierbei lediglich, dass die Energieübertragungswicklung bzw. die induktive Ladeeinrichtung dort endet und macht keine Aussage über die Form (beispielsweise abgerundet oder nicht) dieser Kante. Hierbei handelt es sich insbesondere in einer mobilen induktiven Ladeeinrichtung um eine vordere oder eine hintere Kante unter Berücksichtigung der Fahrzeuglängsrichtung und bei einer stationären induktiven Ladeeinrichtung um eine vordere oder eine hintere Kante unter Berücksichtigung der Soll-Fahrzeuglängsrichtung. Beispielsweise kann die Positionierungssignalwicklung nahe einer Kante angeordnet sein oder sich beispielsweise auf der Hälfte zwischen Kante und dem Zentrum der Energieübertragunswicklung befinden.
Eine Anordnung beabstandet zum Zentrum der Energieübertragungswicklung hat zunächst den Vorteil, dass hier eine Position für die Positionierungssignalwicklung gefunden werden kann, bei der keine weiteren Bauteile, beispielsweise Stützelemente oder Unterbrechungen in den Flussführungselementen, ein Anordnen erschweren.
Darüber hinaus ist eine Anordnung beabstandet zum Zentrum der Energieübertragungswicklung aber auch vorteilhaft für ein Positionierungsverfahren. Befindet sich die Positionierungssignalwicklung im Vergleich zum Zentrum der Energieübertragungswicklung näher an der induktiven Ladeeinrichtung, die das Gegenstück bildet, so wird die Reichweite erhöht. Befindet sich die Positionierungssignalwicklung im Vergleich zum Zentrum der Energieübertragungswicklung weiter entfernt von der induktiven Ladeeinrichtung, die das Gegenstück bildet, so ist es bis zu einem kleineren Minimalstabstand zwischen den beiden induktiven Ladeeinrichtung noch möglich ein Positionierungsverfahren durchzuführen. Generell ist es so, dass es für ein Positionierungsverfahren mit einem erfindungsgemäßen Fahrzeugladesystem nicht nur eine maximale Reichweite gibt, sondern dass auch bei sehr kleinen Abständen zwischen den beiden induktiven Ladeeinrichtungen kein verwertbares Signal von den Sensorwicklungen mehr erhalten wird. Deshalb kann beispielsweise für den Bereich, in dem die beiden induktiven Ladeeinrichtungen sehr nah zueinander sind, ein weiteres Nah-Positionierungsverfahren verwendet werden. Dieses hat aber eine sehr geringe Reichweite. Insofern ist es wichtig, dass der Minimalstabstand, bis zu dem mit einer erfindungsgemäßen induktiven Ladeeinrichtung ein Positionierungsverfahren möglich ist, möglichst gering ist. Dies wird durch eine Anordnung der Positionierungssignalwicklung im Vergleich zum Zentrum der Energieübertragungswicklung weiter entfernt von der induktiven Ladeeinrichtung, die das Gegenstück bildet, erreicht.
Ferner wird vorliegend ein Fahrzeugladesystem mit einer ersten induktiven Ladeeinrichtung und einer weiteren induktiven Ladeeinrichtung vorgeschlagen, wobei die erste induktive Ladeeinrichtung wenigstens eine Energieübertragungswicklung und wenigstens ein Flussführungselement und wenigstens eine Positionierungssignalwicklung aufweist und die Positionierungssignalwicklung als Solenoid mit einer Wicklungsachse in Fahrzeuglängsrichtung oder Soll-Fahrzeuglängsrichtung ausgeführt ist und die weitere induktive Ladeeinrichtung wenigstens eine Energieübertragungswicklung und wenigstens ein Flussführungselement und eine erste Sensorwicklung mit einer ersten radialen Längsrichtung und eine zweite Sensorwicklung mit einer zweiten radialen Längsrichtung aufweist und die erste radiale Längsrichtung und die zweite radiale Längsrichtung in einem Winkel zwischen 70° und 110° zueinander, bevorzugt senkrecht zueinander und in einem Winkel zwischen 35° und 55° zur Fahrzeuglängsrichtung oder zur Soll- Fahrzeuglängsrichtung, bevorzugt in einem 45°-Winkel zur Fahrzeuglängsrichtung oder zur Soll-Fahrzeuglängsrichtung angeordnet sind.
Eine solche Ausführung und Anordnung der Positionierungssignalwicklung und des Sensorwicklungen ist vorteilhaft sowohl für einen Positionierungsvorgang als auch für einen Energieübertragungsvorgangs. Die Ausführung der Positionierungssignalwicklung als Solenoid mit einer Wicklungsachse in Fahrzeuglängsrichtung bzw. in Soll-Fahrzeuglängsrichtung erzeugt ein magnetisches Feld mit einer Hauptrichtung der Magnetfeldlinien in Fahrzeuglängsrichtung bzw. in Soll-Fahrzeuglängsrichtung. Dies hat zum einen den Vorteil, dass diese Ausführung für die Positionierung eine deutliche größere Reichweite ermöglicht, als dies mit einem von einer Energieübertragungswicklung erzeugtes Positionierungssignal bei gleicher Leistung bzw. gleicher Magnetfeldstärke der Fall wäre. Ferner ist eine solche Orientierung des Magnetfeldes auch besonders gut geeignet, um in den Sensorwicklungen eine möglichst einfache Detektion einer Lageabweichung bzw. einer Winkelabweichung zu ermöglichen.
Besonders bevorzugt ist die Positionierungssignalwicklung so ausgebildet, dass sie eine besonders große Erstreckung in der Fahrtebene und senkrecht zur Fahrzeuglängsrichtung bzw. zur Soll-Fahrzeuglängsrichtung aufweist.
Beispielsweise kann sich die Positionierungssignalwicklung über die gesamte Breite einer induktiven Ladeeinrichtung erstrecken. Somit wird ein weitgehend homogenes Magnetfeld mit einer Hauptrichtung des magnetischen Flusses in Fahrzeuglängsrichtung bzw. Soll-Fahrzeuglängsrichtung erreicht.
Eine vorgeschlagene Anordnung der Sensorwicklungen ist ebenfalls vorteilhaft für einen optimierten Positionierungsvorgang. Sind die Sensorwicklungen symmetrisch zur Fahrzeuglängsrichtung bzw. zur Soll-Fahrzeuglängsrichtung angeordnet, so kann eine Winkelabweichung in Bezug auf ein homogenes Magnetfeld mit klarer Hauptrichtung des magnetischen Flusses durch einen einfachen Vergleich der in die beiden Sensorwicklungen induzierten Spannungen bestimmt werden.
Während eines Energieübertragungsvorgangs soll sowohl in die Positionierungssignalwicklung als auch in die Energieübertragungswicklung möglichst wenig Spannung induziert werden, da die hohen Leistungen bzw. Feldstärken bei der Energieübertragung ansonsten zu einer Zerstörung der entsprechenden Wicklungen führen könnte.
Eine erfindungsgemäße Positionierungssignalwicklung und erfindungsgemäße Sensorsignalwicklungen können in der jeweiligen induktiven Ladeeinrichtung vorteilhaft so angeordnet werden, dass die Leiter, welche diese Wicklungen bilden hauptsächlich parallel zu der Hauptrichtung des magnetischen Flusses während der Energieübertragung am jeweiligen Ort verlaufen. So kann sichergestellt werden, dass während der Energieübertragung eine möglichst geringe Spannung in die jeweiligen Wicklungen induziert wird. Insbesondere ist hierfür die Orientierung des magnetischen Flusses in den jeweiligen Flussführungselementen der induktiven Ladeeinrichtungen ausschlaggebend. Diese kann bevorzugt radial vom Zentrum der jeweiligen Energieübertragungswicklung nach außen verlaufen.
Bevorzugt ist, dass es sich bei der ersten induktiven Ladeeinrichtung um eine mobile induktive Ladeeinrichtung, welche an und/oder in einem Fahrzeug angeordnet ist, handelt und es sich bei der weiteren induktiven Ladeeinrichtung um eine stationäre induktive Ladeeinrichtung handelt oder dass es sich bei der ersten induktiven Ladeeinrichtung um eine stationäre induktive Ladeeinrichtung handelt und es sich bei der weiteren induktiven Ladeeinrichtung um eine mobile induktive Ladeeinrichtung, welche an und/oder in einem Fahrzeug angeordnet ist, handelt.
Vorteilhaft umschließt die Positionierungssignalwicklung wenigstens eins der wenigstens einen Flussführungselemente.
Bei der vorgeschlagenen Anordnung übernimmt das Flussführungselement während eines Energieübertragungsvorgang die Führung eines Magnetfelds zur Energieübertragung und während eines Positionierungsvorgangs die Führung eines Magnetfelds zur Positionierung. Somit übernimmt das Flussführungselement hier eine doppelte Funktion.
Bevorzugt kreuzt die Positionierungssignalwicklung zumindest annähernd die Wicklungsachse der Energieübertragungswicklung der ersten induktiven Ladeeinrichtung und die erste radiale Längsrichtung und die zweite radiale Längsrichtung kreuzen sich zumindest annähernd im Zentrum der Energieübertragungswicklung der weiteren induktiven Ladeeinrichtung.
Durch diese Anordnung verlaufen die Leiter, welche die Positionierungssignalwicklung und die Sensorwicklungen bilden zumindest annähernd parallel zu den Magnetfeldlinien, welche sich während der Energieübertragung am jeweiligen Ort einstellen. Somit ist sichergestellt, dass eine möglichst geringe Spannung während der Energieübertragung in die entsprechenden Wicklungen induziert wird und diese daher nicht durch die hohen, während der Energieübertragung auftretenden Leistungen zerstört werden.
Mit dem Zentrum der Energieübertragungswicklung wird hier der Bereich wenige Zentimeter um das geometrische Zentrum der Energieübertragungswicklung in der Ebene senkrecht zur Wicklungsachse der Energieübertragungswicklung bezeichnet.
Eine entsprechende Anordnung der Sensorwicklungen ist vorteilhaft, da so die beiden radialen Längsrichtungen der beiden Sensorwicklungen zur Längsrichtung des Fahrzeugs um einen Winkel gekippt sind, der für eine optimale Detektion einer Lageabweichung zwischen dem Fahrzeug und der stationären induktiven Ladeeinrichtung vorteilhaft ist.
Außerdem sind hierdurch die Sensorwicklungen im Verhältnis zur Energieübertragungswicklung so angeordnet, dass während des Energieübertragungsvorgangs möglichst geringe Spannungen in die Sensorwicklungen induziert werden.
In einer Ausführungsform kreuzen sich die beiden Sensorwicklungen zumindest annähernd im Zentrum der Energieübertragungswicklung. Dass sich lediglich die radialen Längsrichtungen der beiden Sensorwicklungen annähernd im Zentrum der Energieübertragungswicklung kreuzen ist eine schwächere Bedingung. Hierbei ist es auch möglich, dass die zwei Sensorwicklungen verhältnismäßig kurz sind und „V“-förmig angeordnet sind. Verlängert man diese beiden Sensorwicklungen gedanklich in ihrer radialen Längsrichtung, so kreuzen sich diese radialen Längsrichtungen, nicht aber die beiden Sensorwicklungen selbst. Dass sich die beiden Sensorwicklungen selbst kreuzen, ist eine engere Bedingung. Hierbei sind die Sensorwicklungen im Vergleich zu einer „V“-förmig Anordnung länger und kreuzen sich tatsächlich. Die Anordnung ist „X“ -förmig. In dieser Ausführungsform weisen die Sensorwicklungen einen größeren Bereich, in den Spannung induziert wird, auf, als in Ausführungsformen, bei denen sich nur die radialen Längsrichtungen der Sensorwicklungen in der Verlängerung kreuzen und es kann mehr Spannung induziert werden. In diesem Fall findet ein tatsächliches Kreuzen der Sensorwicklungen statt und nicht mehr nur ein Kreuzen in der Verlängerung der Sensorwicklungen.
Vorteilhaft ist es, wenn in dieser Ausführungsform die beiden Sensorwicklungen punktsymmetrisch zum Zentrum der Energieübertragungswicklung angeordnet sind.
In einer alternativen bevorzugten Ausführungsform weist die induktive Ladeeinrichtung mindestens vier Sensorwicklungen auf, wobei jeweils zwei an zueinander gegenüberliegenden Seiten des Zentrums der Energieübertragungswicklung angeordnet sind und alle radialen Längsrichtungen annähernd durch das Zentrum der Energieübertragungswicklung verlaufen und/oder die vier radialen Längsrichtungen der vier Sensorwicklungen jeweils mit der Längsrichtung des Fahrzeuges einen Winkel von 45° +/- 10° bevorzugt von 45° bilden.
Somit sind die vier Sensorwicklungen wie in einem Kreuz um das Zentrum der Energieübertragungswicklung angeordnet, wobei das Zentrum der Energieübertragungswicklung selbst frei von einer Sensorwicklung ist.
Bevorzugt können die vier Sensorwicklungen radial in gleichen Abständen um das Zentrum der Energieübertragungswicklung verteilt angeordnet sein und zueinander annähernd im gleichen Winkel stehen. Beispielsweise kann der Winkel zwischen der jeweiligen radialen Längsrichtung einer Sensorwicklung zur radialen Längsrichtung der jeweils benachbarten Sensorwicklung stets 45°+/- 10°, bevorzugt 45° betragen.
Diese Ausführungsform ist zum einen vorteilhaft gegenüber der Ausführungsform mit nur zwei Sensorwicklungen, da bei dieser Anordnung der Bauraum effizienter genutzt werden kann und so mehr Windungen je Sensorwicklungen realisiert werden können. Insgesamt wird daher mehr Spannung induziert. Gegenüber der Ausführungsform mit zwei sich kreuzenden Sensorwicklungen biete sie außerdem den Vorteil, dass weiterhin das Zentrum der Energieübertragungswicklung frei von einer Sensorwicklung bleibt und somit stabilisierende Elemente in diesem Bereich eingebracht werden können.
Die vier Sensorwicklungen können hierbei miteinander verschaltet, vorzugsweise seriell verschaltet werden. Besonders bevorzugt werden jeweils die zwei sich diagonal gegenüberliegenden Sensorwicklungen miteinander seriell verschaltet.
In einer vorteilhaften Variante ist die Positionierungssignalwicklung beabstandet zum Zentrum der Energieübertragungswicklung der ersten induktiven
Ladeeinrichtung insbesondere nahe einer Kante der Energieübertragungswicklung der ersten induktiven Ladeeinrichtung oder nahe einer Kante der ersten induktiven Ladeeinrichtung angeordnet.
Besonders bevorzugt ist die Positionierungssingalwicklung während eines Positionierungsvorgangs weiter von der weiteren induktiven Ladeeinrichtung entfernt angeordnet ist als das Zentrum der Energieübertragungswicklung der ersten induktiven Ladeeinrichtung.
Generell ist es so, dass es für ein Positionierungsverfahren mit einem erfindungsgemäßen Fahrzeugladesystem nicht nur eine maximale Reichweite gibt, sondern dass auch bei sehr kleinen Abständen, insbesondere bei sehr kleinen Abständen in der Fahrtebene, zwischen den beiden induktiven Ladeeinrichtungen kein verwertbares Signal von den Sensorwicklungen mehr erhalten wird. Deshalb kann beispielsweise für den Bereich, in dem die beiden induktiven Ladeeinrichtungen sehr nah zueinander sind, ein weiteres Nah- Positionierungsverfahren verwendet werden. Dieses hat aber eine sehr geringe Reichweite. Insofern ist es wichtig, dass der Minimalstabstand bis zu dem mit einer erfindungsgemäßen induktiven Ladeeinrichtung ein Positionierungsverfahren möglich ist, möglichst gering ist. Dies wird durch eine Anordnung der Positionierungssignalwicklung, die im Vergleich zum Zentrum der Energieübertragungswicklung der ersten induktiven Ladeeinrichtung weiter entfernt von der weiteren induktiven Ladeeinrichtung angeordnet ist, erreicht.
Besonders bevorzugt wird die Positionierungssignalwicklung durch Leiterbahnen, welche auf mindestens einer Leiterplatte aufgebracht sind, gebildet und die erste Sensorwicklung und die zweite Sensorwicklung werden durch Leiterbahnen, welche auf mindestens einer Leiterplatte aufgebracht sind, gebildet. Die Realisierung einer Sensorwicklung mittels Leiterbahnen auf Leiterplatten ermöglicht es, die Höhe der Sensorwicklung im Vergleich zu herkömmlichen, beispielsweise auf Hochfrequenzlitzen basierenden Wicklungen signifikant zu reduzieren. Diese Form der Sensorwicklung benötigt daher weniger Bauraum insbesondere in der Dimension entlang der Wicklungsachse der Energieübertragungswicklung, die bezüglich des Bauraums am kritischsten ist. Die jeweilige Leiterplatte kann beliebig geformt und/oder dimensioniert sein. Vorzugsweise weist die jeweilige Leiterplatte eine sich in die Richtung der Windungen erstreckende Form mit einer Breite, die sich quer zur Längsrichtung der Windungen ausbildet, zwischen 20 mm und 60 mm, insbesondere von 30 mm bis 50 mm, vorzugsweise von 40 mm auf. Sodass sich mehrere Wicklungen, insbesondere Nebeneinander, darauf befinden können. Vorzugsweise weist die jeweilige Leiterplatte mehrere Windungen zwischen 7 und 20, insbesondere von 10 bis 16, vorzugsweise 13 auf. Auch das Herstellungsverfahren einer auf Leiterplatten basierenden Sensorwicklungen ist einfacher im Vergleich zu herkömmlichen Sensorwicklungen mit gewickelten Hochfrequenzlitzenleitern.
In einer bevorzugten Ausführungsform bestehen die erste Sensorwicklung und/oder die zweite Sensorwicklung und/oder die Positionierungssignalwicklung aus oberen Leiterbahnen auf einer oberen Leiterplatte und aus unteren Leiterbahnen auf einer unteren Leiterplatte.
Die Leiterbahnen auf der oberen Leiterplatte können so mit den Leiterbahnen auf der unteren Leiterplatte verbunden werden, dass eine spiralförmige Wicklung entsteht.
Die obere Leiterbahn kann hierbei vorwiegend oberhalb eines oder mehrerer Flussführungselemente angeordnet sein und die untere Leiterbahn hauptsächlich unterhalb eines oder mehrerer Flussführungselemente angeordnet sein.
Die Begriffe „oberhalb“ und „unterhalb“ bzw. „obere“ und „untere“ beziehen sich auf die Anordnung einer induktiven Ladeeinrichtung, die sich hauptsächlich parallel zum Untergrund erstreckt. Sollte eine Ladeeinrichtung beispielsweise parallel zu einer Wand angeordnet sein, so sind die Begriffe weiterhin im Sinne von „auf der einen Seite der Flussführungselemente“ und „auf der anderen Seite der Flussführungselemente zu verstehen, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
Bevorzugt sind die oberen Leiterbahnen mit den unteren Leiterbahnen über durchkontaktierte und/oder oberflächenverlötete Steckerleisten und Buchsenleisten verbunden.
Mit der Verwendung von Steckerleisten und Buchsenleisten ist es möglich, eine Verbindung ohne Verlöten der Leiterbahnen während des Zusammenbaus der induktiven Ladeeinrichtung herzustellen. Dies bietet erhebliche Vorteile bei der Herstellung.
Dies ist insbesondere bei der Variante mit den durchkontaktierten Stecker- und Buchsenleisten der Fall.
Die Verwendung von Steckerleisten und Buchsenleisten kann aber, bei Verwendung von oberflächenmontierten bzw. oberflächenverlöteten (surface mounted device, SMD) Steckerleisten und Buchsenleisten auch mit einem Lötprozess einhergehen, der jedoch deutlich einfacher ist als ein Lötprozess ohne entsprechende Steckvorrichtungen. In einer alternativen bevorzugten Variante sind die oberen Leiterbahnen mit den unteren Leiterbahnen über flexible Leiterplatten verbunden.
Hierbei können die oberen Leiterplatten und die unteren Leiterplatten weiterhin als starre Leiterplatten ausgeführt sein. Die flexiblen Leiterplatten sorgen für die Verbindung über die senkrechten Stirnseiten und vervollständigen somit die Wicklung für die Spule um das wenigstens eine Flussführungselement. Somit entsteht eine Kombination aus starren und flexiblen Leiterplatten. Diese Kombination wird auch als Starrflex-Leiterplatten bezeichnet. Auch das ist eine Variante, die eine einfachere und geeignetere Herstellung ermöglicht als das Verlöten vor Ort.
Der durch die jeweilige Positionierungssignalwicklung fließende elektrische Strom, vorzugsweise der Effektivwert, beträgt insbesondere zwischen 130 mA und 390 mA, beispielsweise zwischen 195 mA und 325 mA, vorzugsweise 260 mA.
Die Erfindung beinhaltet ferner eine induktive Ladeeinrichtung für ein erfindungsgemäßes Fahrzeugladesystem, wobei die induktive Ladeeinrichtung eine Energieübertragungswicklung und mindestens einem Flussführungselement und mindestens einer Positionierungssignalwicklung aufweist, wobei die Positionierungssignalwicklung als Solenoid mit einer Wicklungsachse in Fahrzeuglängsrichtung oder Soll-Fahrzeuglängsrichtung ausgeführt ist und das Flussführungselement geeignet ist, während eines Energieübertragungsvorgangs zu oder von der induktiven Ladeeinrichtung ein Magnetfeld zu führen und die Positionierungssignalwicklung mindestens eins der mindestens einen Flussführungselemente umschließt.
In einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel sind mehrere Flussführungselemente radial um das Zentrum der Energieübertragungswicklung angeordnet, wobei Spalte zwischen den Flussführungselementen ebenfalls radial verlaufen. Herstellungstechnisch ist es nicht oder nur sehr schwer zu ermöglichen, ein großes Flussführungselement herzustellen, welches die ganze Fläche der Energieübertragungsspule abdeckt bzw. diese noch überragt. Daher müssen meist mehrere kleinere Flussführungselemente nebeneinander platziert werden. Hierbei ist es möglich, rechteckige Flussführungselemente zu verwenden. Diese sind einfacher herzustellen. Zwischen den Flussführungselementen sind dann stets kleinere Spalte vorhanden. Diese können die Führung des Magnetfeldes negativ beeinflussen. Bei rechteckigen Flussführungselementen werden die Spalte zwischen den Flussführungselementen stets auch teilweise senkrecht zu den Magnetfeldlinien verlaufen. Daher ist es vorteilhaft, wenn die Spalte zwischen den Flussführungselementen ebenfalls radial verlaufen und somit die Führung des Magnetfeldes möglichst wenig beeinflussen.
Alternativ können mehrere Flussführungselemente als zumindest annähernd rechtwinklige Kacheln mit Spalten zwischen den Flussführungselementen ausgeführt sein.
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 zeigt, jeweils schematisch
Fig. 1 eine stark vereinfachte Darstellung eines Fahrzeugs mit einer induktiven Ladeeinrichtung über einer stationären induktiven Ladeeinrichtung
Fig. 2 eine schematische Draufsicht auf eine erfindungsgemäße induktive Ladeeinrichtung
Fig. 3 eine schematische Draufsicht auf eine alternative erfindungsgemäße induktive Ladeeinrichtung
Fig. 4 schematische seitliche Ansichten von zwei alternativen erfindungsgemäßen induktiven Ladeeinrichtungen
Fig. 5 schematische perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Positionierungssignalwicklung
Fig. 6 eine schematische Darstellung der Richtungen bei einer Wicklung
Fig. 7 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen
Fahrzeugladesystems während des Positionierungsvorgangs
Fig. 8 Draufsicht auf eine erfindungsgemäße induktive Ladeeinrichtung mit Sensorwicklungen
Fig. 9 eine Draufsicht auf eine alternative erfindungsgemäße induktive Ladeeinrichtung mit Positionierungssignalwicklungen
Fig. 1 zeigt eine mobile induktive Ladeeinrichtung 1a , die an einem Fahrzeug 2 mit einem Energiespeicher 3 angeordnet ist und über einer stationären induktiven Ladeeinrichtung 1 b positioniert ist. Im Betrieb kann von der stationären induktiven Ladeeinrichtung 1 b Energie an die mobile induktive Ladeeinrichtung 1a übertragen werden und der Energiespeicher des Fahrzeuges 3 hierdurch geladen werden.
Die mobile induktive Ladeeinrichtung 1a und die stationäre induktive Ladeeinrichtung 1 b bilden zusammen bzw. sind Teil eines Fahrzeugladesystems 8. Prinzipiell ist es auch möglich, das Fahrzeugladesystem 8 bidirektional zu betreiben. Dabei kann zeitweise Energie von der mobilen induktiven Ladeeinrichtung 1a an die stationäre induktive Ladeeinrichtung 1 b übertragen werden. Die in Fig. 1 auf dem Untergrund angeordnete stationäre induktive Ladeeinrichtung 1 b kann alternativ auch in der Fahrbahn versenkt angeordnet sein (hier nicht gezeigt). Bei einer versenkten Anordnung kann die induktive Ladeeinrichtung 1 b von bestimmten Schichten der Fahrbahn überdeckt werden oder aber bündig mit der Fahrbahnoberfläche abschließen.
Fig. 2 zeigt eine erfindungsgemäße induktive Ladeeinrichtung 1 mit einer Energieübertragungswicklung 4 und mehreren Flussführungselementen 5. Die Energieübertragungswicklung 4 ist als Flachspule 10 ausgeführt. Eine Positionierungssignalwicklung 41 ist um die Flussführungselemente 5 und um die Energieübertragungswicklung 4 angeordnet. Die Positionierungssignalwicklung 41 ist als Solenoid 42 ausgeführt. Die Positionierungssignalwicklung 41 ist hierbei zentral und über die Mitte der Energieübertragungswicklung 4 verlaufend angeordnet.
Fig. 3 zeigt eine alternative erfindungsgemäße induktive Ladeeinrichtung 1. Im Gegensatz zu der Ausführungsform in Fig. 2 ist die Positionierungssignalwicklung 41 hier lediglich um die Flussführungselemente 5 aber nicht um die Energieübertragungswicklung 4 herum angeordnet. Des Weiteren verläuft die Positionierungssignalwicklung 41 hier nicht über die Mitte der Energieübertragungswicklung 4, sondern ist nahe einer Kante der induktiven Ladeeinrichtung 1 angeordnet.
Fig. 4 zeigt zwei unterschiedliche erfindungsgemäße induktive Ladeeinrichtungen 1 in einer seitlichen Ansicht. Links ist die Ausführungsform gezeigt, in der eine Positionierungssignalwicklung 41 die Energieübertragungswicklung 4 sowie die Flussführungselemente 5 umschließt. Die Positionierungssignalwicklung 41 ist also wie in Fig. 2 auch um die Energieübertragungswicklung 4 gewickelt angeordnet. Rechts ist die Ausführungsform gezeigt, in der eine Positionierungssignalwicklung 41 die Flussführungselemente 5 nicht aber die Energieübertragungswicklung 4 umschließt. Die Positionierungssignalwicklung 41 ist also wie in Fig. 3 nicht um die Energieübertragungswicklung 4 gewickelt angeordnet.
Fig. 5 zeigt eine schematische perspektivische Darstellung einer erfindungsgemäßen Positionierungssignalwicklung 41. Diese ist hier um ein Flussführungselemente 5 angeordnet. Die Positionierungssignalwicklung 41 ist als Leiterbahnen 38 auf Leiterplatten 37 realisiert. An den senkrechten kurzen Kanten werden die Leiterbahnen über flexible Elemente als Verbindungselemente 43 verbunden.
Fig. 6 zeigt schematisch wie die Richtungen insbesondere die radiale Längsrichtung 11 in einer Wicklung insbesondere in einer Sensorwicklung hier definiert sind. Im Beispiel der Fig. 6 handelt es sich um eine Zylinderspule mit fünf Windungen. Die Richtung, entlang der die Wicklung gewickelt wurde, ist die Wicklungsachse 27. Die Spule weist hier einen rechteckigen, nicht quadratischen Querschnitt auf. Die Richtung entlang der längeren Seite des Rechtecks wird hier radiale Längsrichtung 11 genannt. Ist der Querschnitt nicht rechteckförmig, sondern elliptisch, so verläuft die radiale Längsrichtung 11 entlang der Hauptachse der Ellipse.
Fig. 7 a) zeigt schematisch ein Fahrzeug 2 mit einer Fahrzeuglängsrichtung 6 mit einer mobilen induktiven Ladeeinrichtung 1a während eines Positionierungsvorgangs über einer stationären induktiven Ladeeinrichtung 1 b mit einer Soll-Fahrzeuglängsrichtung 6a. Im vorliegenden Fall fährt das Fahrzeug 2 auf die stationäre induktive Ladeeinrichtung 1b zu und die Soll- Fahrzeuglängsrichtung 6a ist somit gleich der Fahrzeuglängsrichtung 6. Das Fahrzeugladesystem beinhaltet die mobile induktive Ladeeinrichtung 1a und die stationäre induktiven Ladeeinrichtung 1 b. In der mobilen induktiven Ladeeinrichtung 1a befindet sich neben der Energieübertragungswicklung (nicht gezeigt) auch eine Positionierungssignalwicklung 41. Die Positionierungssignalwicklung 41 weist eine Wicklungsachse 27 und eine radiale Längsrichtung 11 auf. Die Leiter welche die Positionierungssignalwicklung 41 bilden erstrecken sich hauptsächlich entlang der radialen Längsrichtung 11 . Die Positionierungssignalwicklung 41 erzeugt somit im Betrieb ein magnetisches Feld, wobei die Orientierung der Magnetfeldlinien zu einem großen Teil parallel zur Wicklungsachse 27 in einer Ebene liegen.
Ein so ausgerichtetes Magnetfeld ist besonders geeignet um eine Lageabweichung bzw. eine Winkelabweichung bzgl. der stationären induktiven Ladeeinrichtung 1 b zu detektieren. Die stationäre induktive Ladeeinrichtung 1 b weist neben der Energieübertragungswicklung (nicht gezeigt) zwei Sensorwicklungen 9a und 9b auf. Beide Sensorwicklungen weisen je eine radiale Längsrichtung 11a und 11 b auf, in die sich die Leiter, welche die Sensorwicklungen bilden hauptsächlich erstrecken. Beide Sensorwicklungen sind in einem Winkel von 45° zur Soll-Fahrzeuglängsrichtung 6a und somit zur Fahrzeuglängsrichtung 6 in Zielposition und symmetrisch zur Soll- Fahrzeuglängsrichtung 6a angeordnet. Die beiden Sensorwicklungen 9a und 9b bzw. ihre radialen Längsrichtungen 11a und 11 b stehen somit senkrecht aufeinander. Diese Anordnung der Wicklungen für die Positionierung ist besonders vorteilhaft. Die Positionierungssignalwicklung 41 erzeugt ein recht homogenes Magnetfeld mit Magnetfeldlinien, die sich hauptsächlich in der Fahrtebene und parallel zur Fahrzeuglängsrichtung erstrecken. In den Sensorwicklungen 9a und 9b wird durch das Magnetfeld der Positionierungssignalwicklung 41 eine Spannung induziert. Diese Spannung ist proportional zur Komponente des Magnetfelds, welche senkrecht zur jeweiligen radialen Längsrichtung 11a, 11 b der Sensorwicklung ist. Fährt das Fahrzeug, wie in der linken Skizze gezeigt genau senkrecht auf die stationäre induktive Ladeeinrichtung 1 b zu, so wird in beide Sensorwicklungen 9a und 9b eine gleich große Spannung induziert.
Fig. 7b) zeigt ein Ausführungsbeispiel, in dem die Positionierungssignalwicklung 41 in der stationären induktiven Ladeeinrichtung 1 b angeordnet ist und die Sensorwicklungen 9a und 9b in der mobilen induktiven Ladeeinrichtung 1a angeordnet sind. Die Funktionsweise dieses Ausführungsbeispiel ist ansonsten genau gleich. Hier gezeigt ist ein Fall in dem das Fahrzeug 2 nicht senkrecht auf die stationäre induktive Ladeeinrichtung 1 b zufährt, sondern in einem Winkel von ca. 45° davon abweicht. Fahrzeuglängsrichtung 6 und Soll-Fahrzeuglängsrichtung 6a stehen somit in einem Winkel von 45° aufeinander. In diesem Fall erzeugt die Positionierungssignalwicklung 41 ein Magnetfeld welches senkrecht zur ersten Sensorwicklung 9a steht. Hier wird eine maximale Spannung induziert. Das von der Positionierungssignalwicklung 41 erzeugte Magnetfeld steht außerdem annähernd parallel zur zweiten Sensorwicklung 9b. Hier wird eine minimale bzw. keine Spannung induziert.
Fig. 8 zeigt eine Draufsicht auf eine erfindungsgemäße induktive Ladeeinrichtung 1. Es kann sich hierbei um eine mobile induktive Ladeeinrichtung 1a oder eine stationäre induktive Ladeeinrichtung 1 b handeln. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind acht Flussführungselemente 5 gezeigt, die radial um das Zentrum 7 der Energieübertragungswicklung 4 in der Ebene angeordnet sind. Zwischen den Flussführungselementen 5 sind schmale Spalte Fehler!
Verweisquelle konnte nicht gefunden werden.. Die Spalte verlaufen ebenfalls radial um das Zentrum 7, somit verlaufen die Spalte annäherungsweise in Hauptrichtung der Magnetfeldlinien (hier drei Magnetfeldlinien 14 symbolisch angedeutet), die sich bei einer Energieübertragung in den Flussführungselementen 5 einstellt. Die Energieübertragungswicklung 4, welche in der Draufsicht durch die Flussführungselemente 5 verdeckt wird, ist gestrichelt angedeutet. Die Energieübertragungswicklung 4 ist hier eine Flachspule 10. Um eines der Flussführungselemente 5 ist eine ersten Sensorwicklung 9,9a angeordnet und um ein anderes Flussführungselement 5 ist eine zweiten Sensorwicklung 9,9b angeordnet. Die Sensorwicklungen sind hier als Solenoid auch Zylinderspule genannt ausgebildet. Die erste Sensorwicklung 9a ist achsensymmetrisch zur zweiten Sensorwicklung 9b bzgl. der Fahrzeuglängsrichtung 6 (bzw. der Soll-Fahrzeuglängsrichtung 6a) angeordnet. Die erste Sensorwicklung 9a besitzt eine erste radiale Längsrichtung 11a und die zweite Sensorwicklung 9b besitzt eine zweite radiale Längsrichtung 11 b. Der Winkel 11 b zwischen der ersten radialen Längsrichtung 11a und der Längsrichtung 6 des Fahrzeugs 2 ist zumindest annähernd gleich groß wie der Winkel 12 zwischen der zweiten radialen Längsrichtung 11b und der Längsrichtung des Fahrzeugs. Die erste radiale Längsrichtung 11a und die zweite radiale Längsrichtung 11 b schneiden bzw. kreuzen sich zumindest annähernd im Zentrum 7 der Energieübertragungswicklung 4. Die erste radiale Längsrichtung 11a und die zweite radiale Längsrichtung 11 b verlaufen radial vom Zentrum 7 der Energieübertragungswicklung 4 nach außen.
Beim Ladevorgang ist das Fahrzeug 2 über der stationären induktiven Ladeeinrichtung 1 b positioniert und Energie wird an die induktive Ladeeinrichtung 1a übertragen. Die Flussführungselemente 5 übernehmen dabei die Funktion der Flussführung. In ihnen verlaufen im Ladezustand die Feldlinien des magnetischen Feldes annäherungsweise in radialer Richtung. In Fig. 3 sind symbolisch drei Magnetfeldlinien 14 angedeutet. Da die erste radiale Längsrichtung 11a und die zweite radiale Längsrichtung 11 b hier ebenfalls radial und somit zumindest annähernd parallel zu den Magnetfeldlinien 14 ausgerichtet sind wird hier nur verhältnismäßig wenig bis gar keine Spannung in die ersten Sensorwicklung 9a und in die zweite Sensorwicklung 9b induziert. Dies ist wichtig, da es bei den hohen Leistungen der Energieübertragung und somit hohen Flussdichten sonst leicht zu einer Zerstörung der Sensorwicklungen kommen könnte. Ein Zusatzaufwand zur Verhinderung der Zerstörung der Anordnung ist damit auch nicht notwendig.
Fig. 9 zeigt eine alternative bevorzugte Ausführungsform einer induktiven Ladeeinrichtung 1 mit einer Positionierungssignalwicklung 41 . Die induktive Ladeeinrichtung 1 weist eine Energieübertragungswicklung 4 und eine Positionierungssignalwicklung 41 auf. Die Positionierungssignalwicklung 41 ist als Solenoid 42 ausgeführt. Die induktive Ladeeinrichtung 1 weist ferner mehrere Flussführungselemente 5 auf. Diese sind zueinander durch Spalte 27 beabstandet angeordnet. Die Positionierungssignalwicklung 41 ist um die Flussführungselemente 5 angeordnet, aber nicht um die Energieübertragungswicklung 4 angeordnet. Die Energieübertragungswicklung 4 ist als Flachspule 10 ausgeführt. Die Flussführungselemente 5 sind auf mechanische Stützelementen 44 angeordnet. Die Positionierungssignalwicklung 41 ist so angeordnet, dass in diesem Bereich keine Stützelementen 44 verlaufen und nur Spalte 27 zwischen den Flussführungselementen 5 in eine Richtung verlaufen.
Bezugszeichen
1 induktive Ladeeinrichtung
1a mobile induktive Ladeeinrichtung
1 b stationäre induktive Ladeeinrichtung
2 Fahrzeug
3 Energiespeicher des Fahrzeuges
4 Energieübertragungswicklung
5 Flussführungselement
6 Fahrzeuglängsrichtung
6a Soll-Fahrzeuglängsrichtung
7 Zentrum der Energieübertragungswicklung
8 Fahrzeugladesystem
9 Sensorwicklung
9a erste Sensorwicklung
9b zweite Sensorwicklung
10 Flachspule
11 radiale Längsrichtung
11 a erste radiale Längsrichtung
11 b zweite radiale Längsrichtung
12 erster Winkel
13 zweiter Winkel
14 Magnetfeldlinien
27 Spalt zwischen Flussführungselementen
28 Wicklungsachse
37 Leiterplatte
38 Leiterbahnen
41 Positionierungssignalwicklung
42 Solenoid 43 Verbindungselement zwischen Leiterbahnen
44 Stützelement

Claims

Ansprüche Induktive Ladeeinrichtung (1 ) für ein Fahrzeugladesystem (8) mit einer Energieübertragungswicklung (4) und mindestens einem Flussführungselement (5) und mindestens einer Positionierungssignalwicklung (41 ), wobei
- die Positionierungssignalwicklung (41 ) als Solenoid (42) mit einer Wicklungsachse in Fahrzeuglängsrichtung oder Soll- Fahrzeuglängsrichtung ausgeführt ist und
- das Flussführungselement (5) geeignet ist, während eines Energieübertragungsvorgangs, welcher zwischen einer weiteren induktiven Ladeeinrichtung (1) und der Energieübertragungswicklung (4) stattfindet, ein Magnetfeld zu führen und
- die Positionierungssignalwicklung (41 ) mindestens eins der mindestens einen Flussführungselemente (5) umschließt und die Energieübertragungswicklung (4) umschließt. Induktive Ladeeinrichtung (1) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass
- es sich bei der induktiven Ladeeinrichtung (1 ) um eine mobile induktive Ladeeinrichtung (1a), welche an und/oder in einem Fahrzeug (2) angeordnet ist, handelt oder, dass
- es sich bei der induktiven Ladeeinrichtung (1 ) um eine stationäre induktive Ladeeinrichtung (1 b) handelt. Induktive Ladeeinrichtung (1) nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Positionierungssignalwicklung (41 ) durch Leiterbahnen (38), welche auf mindestens einer Leiterplatte (27) bevorzugt auf mindestens zwei Leiterplatten (27) aufgebracht sind, gebildet wird. Induktive Ladeeinrichtung (1) nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Positionierungssignalwicklung (41 ) als Litze, insbesondere als Hochfrequenzlitze oder als Draht ausgebildet ist. Induktive Ladeeinrichtung (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Positionierungssignalwicklung (41) zumindest annähernd die Wicklungsachse der Energieübertragungswicklung (4) kreuzt. Induktive Ladeeinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, dass die Positionierungssignalwicklung (41 ) beabstandet zum Zentrum der Energieübertragungswicklung (4) insbesondere nahe einer Kante der Energieübertragungswicklung (4) der induktiven Ladeeinrichtung (1 ) oder nahe einer Kante der induktiven Ladeeinrichtung (1 ) angeordnet ist. Fahrzeugladesystem (8) mit einer ersten induktiven Ladeeinrichtung (1 ) und einer weiteren induktiven Ladeeinrichtung (1 ), wobei
- die erste induktive Ladeeinrichtung (1 ) wenigstens eine Energieübertragungswicklung (4) und wenigstens ein Flussführungselement (5) und wenigstens eine Positionierungssignalwicklung (41 ) aufweist und
- die Positionierungssignalwicklung (41 ) als Solenoid (42) mit einer Wicklungsachse in Fahrzeuglängsrichtung (6) oder Soll- Fahrzeuglängsrichtung (6a) ausgeführt ist und
- die weitere induktive Ladeeinrichtung (1) wenigstens eine Energieübertragungswicklung (4) und wenigstens ein Flussführungselement (5) und eine erste Sensorwicklung (9a) mit einer ersten radialen Längsrichtung (11a) und eine zweite Sensorwicklung (9b) mit einer zweiten radialen Längsrichtung (11 b) aufweist und
- die erste radiale Längsrichtung (11a) und die zweite radiale Längsrichtung (11 b) in einem Winkel zwischen 70° und 110° zueinander, bevorzugt senkrecht zueinander und in einem Winkel zwischen 35° und 55° zur Fahrzeuglängsrichtung (6) oder zur Soll- Fahrzeuglängsrichtung (6a), bevorzugt in einem 45°-Winkel zur Fahrzeuglängsrichtung (6) oder zur Soll-Fahrzeuglängsrichtung (6a) angeordnet sind. Fahrzeugladesystem (8) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet,
- dass es sich bei der ersten induktiven Ladeeinrichtung (1 ) um eine mobile induktive Ladeeinrichtung (1a), welche an und/oder in einem Fahrzeug (2) angeordnet ist, handelt und es sich bei der weiteren induktiven Ladeeinrichtung (1 ) um eine stationäre induktive Ladeeinrichtung (1 b) handelt oder
- dass es sich bei der ersten induktiven Ladeeinrichtung (1 ) um eine stationäre induktive Ladeeinrichtung (1 b) handelt und es sich bei der weiteren induktiven Ladeeinrichtung (1 ) um eine mobile induktive Ladeeinrichtung (1a), welche an und/oder in einem Fahrzeug (2) angeordnet ist, handelt. Fahrzeugladesystem (8) nach Anspruch 7 oder Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Positionierungssignalwicklung (41 ) wenigstens eins der wenigstens einen Flussführungselemente (5) umschließt. Fahrzeugladesystem (8) nach einem der Ansprüche 7-9, dadurch gekennzeichnet, dass - die Positionierungssignalwicklung (41 ) zumindest annähernd die Wicklungsachse der Energieübertragungswicklung (4) der ersten induktiven Ladeeinrichtung kreuzt und
- sich die erste radiale Längsrichtung (11 a) und die zweite radiale Längsrichtung (11 b) zumindest annähernd im Zentrum (7) der Energieübertragungswicklung (4) der weiteren induktiven Ladeeinrichtung kreuzen. Fahrzeugladesystem (8) nach einem der Ansprüche 7-9, dadurch gekennzeichnet, dass die Positionierungssignalwicklung (41 ) beabstandet zum Zentrum der Energieübertragungswicklung (4) der ersten induktiven Ladeeinrichtung (1 ) insbesondere nahe einer Kante der Energieübertragungswicklung (4) der ersten induktiven Ladeeinrichtung (1 ) oder nahe einer Kante der ersten induktiven Ladeeinrichtung (1 ) angeordnet ist. Fahrzeugladesystem (8) nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass die Positionierungssingalwicklung (41 ) während eines Positionierungsvorgangs weiter von der weiteren induktiven Ladeeinrichtung (1 ) entfernt angeordnet ist als das Zentrum der Energieübertragungswicklung (4) der ersten induktiven Ladeeinrichtung (1 ). Fahrzeugladesystem (8) nach einem der Ansprüche 7-12, dadurch gekennzeichnet, dass
- die Positionierungssignalwicklung (41 ) durch Leiterbahnen (38), welche auf mindestens einer Leiterplatte (37) aufgebracht sind gebildet wird und
- die erste Sensorwicklung (9a) und die zweite Sensorwicklung (9b) durch Leiterbahnen (38), welche auf mindestens einer Leiterplatte (37) aufgebracht sind, gebildet werden. Induktive Ladeeinrichtung (1 ) für ein Fahrzeugladesystem (8) nach einem der Ansprüche 7-13 mit einer Energieübertragungswicklung (4) und mindestens einem Flussführungselement (5) und mindestens einer Positionierungssignalwicklung (41 ), wobei
- die Positionierungssignalwicklung (41 ) als Solenoid (42) mit einer Wicklungsachse in Fahrzeuglängsrichtung oder Soll- Fahrzeuglängsrichtung ausgeführt ist und
- das Flussführungselement (5) geeignet ist, während eines Energieübertragungsvorgangs zu oder von der induktiven Ladeeinrichtung (1 ) ein Magnetfeld zu führen und
- die Positionierungssignalwicklung (41 ) mindestens eins der mindestens einen Flussführungselemente (5) umschließt.
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