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Die Erfindung betrifft eine Energieübertragungseinrichtung für eine induktive Übertragung von elektrischer Energie, ein Kabel hierfür sowie ein System aus der Energieübertragungseinrichtung, dem Kabel sowie einer Vorrichtung, zu der der mittels der Energieübertragungseinrichtung induktiv übertragene elektrische Strom leitbar ist.
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Die heute bekannten Ladeverfahren für Kraftfahrzeuge mit elektrifizierten (etwa bei reinen Elektrofahrzeugen) oder teil-elektrifizierten (etwa bei Plug-In-Hybrid- oder seriellen Hybrid-Fahrzeugen) Antriebssträngen basieren entweder auf steckerbasiertem und somit galvanisch gekoppeltem Laden (etwa bei AC-Laden Mode 1–3, DC-Laden, CHAdeMO) oder auf Induktivladeverfahren.
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Galvanisch gekoppelte Ladeverfahren bringen aufgrund des direkten Anschlusses an das Versorgungsnetz verschiedenste Sicherheitsanforderungen sowie Probleme bei der Spannungslagenanpassung bei geplanter Nutzung von Fahrzeugen von verschiedenen Herstellern bzw. mit verschiedenen Spannungslagen im Traktionsbordnetz mit sich. Letzteres stellt insbesondere bei öffentlichen Ladestationen ein nicht zu unterschätzendes Problem dar.
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Bei Induktivladeverfahren erfolgt die Energieübertragung unter Verwendung von elektromagnetischer Induktion oder Resonanz über einen Luftspalt hinweg.
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Die
US 2014/0103711 A1 beschreibt ein Induktionsladesystem, bei dem eine Resonanzspule eines Fahrzeugs mit einer Resonanzspule einer Kraftübertragungseinrichtung vermittels eines elektromagnetischen Felds schwingt, um hierdurch auf kontaktlose Weise Wechselstromleistung von der Resonanzspule zu erhalten. Ein Inverter empfängt die von der Resonanzspule empfangene Wechselstromleistung von einer elektromagnetischen Induktionsspule, wandelt die Wechselstromleistung in Gleichstromleistung und gibt die Gleichstromleistung an eine Stromleitung ab. Ferner wandelt der Inverter Gleichstromleistung, die von der Stromleitung empfangen wird, in Wechselstromleistung um und gibt die Wechselstromleistung an die elektromagnetische Induktionsspule ab, um die abgegebene elektrische Energie von der Resonanzspule zu der Resonanzspule der Leistungsübertragungsvorrichtung abzugeben, und es wird durch die elektromagnetische Induktionsspule elektrische Energie der Resonanzspule zugeführt.
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Aus der
US 2014/0203659 A1 ist ein Steuerungsverfahren zur Verwendung in einem primärseitigen Stromrichter eines induktiven Energieübertragungs-Systems bekannt. Die Energieübertragung von der Primärseite auf einen oder mehrere sekundäre „Aufnehmer” („Pick-ups”) wird überwacht und die Betriebsfrequenz des primärseitigen Stromrichters im Verhältnis zu einer Differenz zwischen der überwachten Leistungsübertragung und einer Leistungskapazität des primärseitigen Leistungswandlers variiert. Die Frequenzänderung kann durch den oder jeden „Aufnehmer” gemessen werden, um die Leistungsübertragung zu regulieren und das Auftreten einer Überlastung zu verhindern.
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Und die
US 2015/0015193 A1 widmet sich dem Problem des Positionierens eines Fahrzeugs über einer drahtlosen Ladestation. Das in dieser Offenlegungsschrift vorgeschlagene System umfasst eine Mehrzahl an Ultrabreitband-Transceivern, die am Fahrzeug und der drahtlosen Ladestation installiert sind, und eine Steuerung, die dazu eingerichtet ist, verschiedene Abstände zwischen den verschiedenen Ultrabreitband-Transceivern zu ermitteln.
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Aufgrund der bei der momentan dominierenden Bauart gegebenen relativ großen Luftspalte sind Induktionsladeverfahren mit vergleichsweise hohen Energieverlusten behaftet. Darüber hinaus ist eine aufwändige Fremdkörpererkennung erforderlich, um einen sicheren Ladevorgang zu gewährleisten.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, zumindest einen Teil der bei herkömmlichen Energieübertragungseinrichtungen unter Verwendung von Induktion bestehenden Nachteile zu überwinden.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch die Energieübertragungseinrichtung gemäß Anspruch 1, das Kabel gemäß Anspruch 8 sowie das System aus Energieübertragungseinrichtung, Kabel und Vorrichtung, zu der der mittels der Energieübertragungseinrichtung induktiv übertragene elektrische Strom leitbar ist, gemäß Anspruch 9. Vorteilhafte Weiterbildungen der Energieübertragungseinrichtung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Erfindungsgemäß wird eine Energieübertragungseinrichtung für eine induktive Übertragung von elektrischer Energie vorgeschlagen, die dadurch gekennzeichnet ist, dass
- – sie wenigstens zwei primärseitige, unmittelbar benachbarte, in Reihe geschaltete Spulen aufweist, die im Wesentlichen deckungsgleich zueinander ausgerichtet und voneinander beabstandet sind, und
- – zwischen zwei der unmittelbar benachbarten, primärseitigen Spulen ein Gehäuse mit einer darin integrierten sekundärseitigen Spule anordenbar ist, und
- – der Abstand zwischen zwei primärseitigen, unmittelbar benachbarten Spulen derart gewählt ist, dass bei einem Erzeugen eines Wechselmagnetfelds
- – zwischen den zwei primärseitigen, unmittelbar benachbarten Spulen oder
- – mit Hilfe der sekundärseitigen Spule ein elektrischer Strom in
- – der sekundärseitigen, zwischen den zwei primärseitigen Spulen angeordneten Spule oder
- – in den zwei primärseitigen, unmittelbar benachbarten Spulen erzeugt wird.
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Durch die erfindungsgemäße Energieübertragungseinrichtung ergibt sich insbesondere der Vorteil des Wegfalls einer galvanischen Kopplung zwischen der Energieübertragungseinrichtung und einem elektrischen Verbraucher/einer Speichereinrichtung für elektrische Energie, der/die mittels des von der Energieübertragungseinrichtung induktiv übertragenen elektrischen Stroms versorgt wird bzw. (wieder)aufladbar ist.
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Gemäß einer ersten vorteilhaften Weiterbildung der Energieübertragungseinrichtung
- – weist diese drei oder mehr primärseitige, in Reihe geschaltete Spulen auf, die im Wesentlichen deckungsgleich zueinander ausgerichtet sowie voneinander beabstandet sind, und
- – ist zwischen jeweils zwei unmittelbar benachbarten, primärseitigen Spulen ein Gehäuse mit einer darin integrierten sekundärseitigen Spule anordenbar.
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Gemäß einer zweiten vorteilhaften Weiterbildung der Energieübertragungseinrichtung ist diese in Form einer Säule oder einer in den Boden integrierbaren Energieübertragungseinrichtung ausgebildet, wobei für das/die Gehäuse (jeweils) eine (separate) Einschuböffnung vorgesehen ist/sind.
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Sofern die Energieübertragungseinrichtung eine in den Boden integrierbare ist, kann diese in vorteilhafter Weise
- – eine Ableitungseinrichtung für Fremdkörper und Wasser und/oder
- – eine selbstrückstellende Abdeckung für die/jede der Einschuböffnung(en) aufweisen.
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Die erfindungsgemäße Energieübertragungseinrichtung oder eine ihrer vorteilhaften Weiterbildungen kann in vorteilhafter Weise auch
- – eine Einrichtung zur (Daten)Kommunikation, und/oder
- – eine Einrichtung zur Erkennung des Vorhandenseins eines Gehäuses mit einer darin integrierten sekundärseitigen Spule zwischen zwei primärseitigen, unmittelbar benachbarten Spulen aufweisen.
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Sofern die Energieübertragungseinrichtung eine Einrichtung zur (Daten)Kommunikation aufweist, kann diese in vorteilhafter Weise dazu eingerichtet sein,
- – eine (Daten)Kommunikation zwischen der Energieübertragungseinrichtung und einer Vorrichtung, zu der die induktiv übertragene elektrische Energie übertragbar ist,
insbesondere eine Identifikation der Vorrichtung durchzuführen, eine Energieanforderung zu übertragen, eine Leistungssteuerung durchzuführen und/oder eine (Daten)Kommunikation mit einer bezüglich der Energieübertragungseinrichtung externen digitalen Recheneinrichtung durchzuführen.
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Und sofern die Energieübertragungseinrichtung eine Einrichtung zur Erkennung des Vorhandenseins eines Gehäuses mit einer darin integrierten sekundärseitigen Spule aufweist, kann diese in vorteilhafter Weise dazu eingerichtet sein,
- – das Magnetfeld zu deaktivieren, sofern sich kein Gehäuse mit einer darin integrierten sekundärseitigen Spule zwischen zwei primärseitigen, unmittelbar benachbarten Spulen befindet.
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Ebenso ist es von Vorteil, wenn die Energieübertragungseinrichtung dazu eingerichtet ist,
- – die Stärke des durch die wenigstens zwei primärseitigen Spulen erzeugten Magnetfelds bezüglich seiner Amplitude konstant halten, oder
- – die Stärke des durch die wenigstens zwei primärseitigen Spulen erzeugten Magnetfelds bezüglich seiner Amplitude und wahlweise auch bezüglich seiner Frequenz anpassen zu können.
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Die vorliegende Erfindung umfasst auch ein Kabel zur Verwendung bei der erfindungsgemäßen Energieübertragungseinrichtung oder einer ihrer vorteilhaften Weiterbildungen, wobei
- – am ersten Ende des Kabels eine erstes Gehäuse mit einer darin integrierter sekundärseitiger Spule, und
- – am zweiten Ende des Kabels ein Stecker, der kompatibel ist zu einem Anschluss auf Seiten der Vorrichtung, zu der der mittels der Energieübertragungseinrichtung induktiv übertragene elektrische Strom leitbar ist, oder ein zweites Gehäuse mit darin integrierter Spule
angebracht ist.
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Die vorliegende Erfindung umfasst auch ein System aus einer erfindungsgemäßen Energieübertragungseinrichtung oder einer ihrer vorteilhaften Weiterbildungen, einem erfindungsgemäßen Kabel sowie einer Vorrichtung, zu der der mittels der Energieübertragungseinrichtung induktiv übertragene elektrische Strom leitbar ist.
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Auch wenn dies nicht Gegenstand von ausformulierten Ansprüchen ist, sind von der vorliegenden Erfindung auch alle Verfahren zum Übertragen von elektrischer Energie und/oder (Wieder)Aufladen einer Speichereinrichtung für elektrische Energie einer Vorrichtung umfasst, deren Speichereinrichtung für elektrische Energie mittels der Energieübertragungseinrichtung und dem Ladekabel (wieder)aufladbar ist, die sich für einen Fachmann ohne Weiteres aus der Beschreibung der erfindungsgemäßen Energieübertragungseinrichtung oder einer ihrer vorteilhaften Weiterbildungen, des erfindungsgemäßen Kabels, des erfindungsgemäßen Systems, der Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen, der Figuren und deren Beschreibung ergeben.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines von bevorzugten Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
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Dabei zeigen:
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1 ein schematisches Beispiel einer Energieübertragungseinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung mit zwei primärseitigen Spulen;
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2 das Beispiel der Energieübertragungseinrichtung gemäß 1 mit einem von einem Magnetfeld durchfluteten Gehäuse mit darin integrierter sekundärseitiger Spule;
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3 ein schematisches Beispiel einer Energieübertragungseinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung mit mehr als zwei primärseitigen Spulen;
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4 eine perspektivische Ansicht des Beispiels der Energieübertragungseinrichtung gemäß 3;
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5 eine schematische, beispielhafte Ansicht einer in den Boden integrierbaren Energieübertragungseinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung;
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6 ein Beispiel eines Systems gemäß der vorliegenden Erfindung.
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In den Figuren sind gleiche, funktionsgleiche oder funktionsähnliche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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Die Energieübertragungseinrichtung 1, 1' sowie das Kabel 7 kann als Teil einer (bidirektionalen) Leistungsschnittstelle, bspw. zwischen einem (Nutz)Fahrzeug und dessen Aufbau oder Anhänger verwendet werden. Die Energieübertragungseinrichtung 1, 1' und das Kabel 7 können in besonders vorteilhafter Weise aber auch als Teil eines induktiven (bidirektionalen) Ladesystems zum (Wieder)Aufladen einer Speichereinrichtung für elektrische Energie einer Vorrichtung verwendet werden, wie bspw. eines Kraftfahrzeugs mit einem (teil)elektrifizierten Antriebsstrang.
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Im Nachfolgenden wird die vorliegende Erfindung überwiegend unter Bezugnahme auf die letztere oben erwähnte Verwendungsmöglichkeit näher erläutert, wobei anstatt „Energieübertragungseinrichtung” oftmals der Begriff „Induktionsladeeinrichtung” oder „Ladeeinrichtung”, anstatt „Spule” oftmals der Begriff „Ladespule”, anstatt „Kabel” oftmals der Begriff „Ladekabel”, anstatt „Gehäuse” oftmals der Begriff „Ladeplatte”, etc. verwendet wird, ohne dass diese alternativ verwendeten Begriffe in irgend einer Weise einschränkend verstanden werden dürfen.
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Ebenso werden im Rahmen der vorliegenden Anmeldung die Begriffe „primärseitig” und „sekundärseitig” lediglich zu Unterscheidung der Spulen (Ladespulen) 2 in der Energieübertragungseinrichtung (Induktionsladeeinrichtung) 1, 1' von der/den Spule(n) (Ladespule(n)) 4 in dem Gehäuse (der Ladeplatte) 3 verwendet; diesen Begriffen kommt darüber hinaus keine einschränkende Bedeutung zu.
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Wie in den 1 und 2 schematisch und beispielhaft dargestellt ist, beinhaltet die Induktionsladeeinrichtung 1, 1' gemäß der vorliegenden Erfindung wenigstens zwei in Reihe geschaltete primärseitige Ladespulen 2, welche im Wesentlichen (bevorzugt zu 100%) deckungsgleich und in einem solchen Abstand zueinander angeordnet sind, dass eine Ladeplatte 3 mit einer darin angeordneten sekundärseitigen Ladespule 4 dazwischen geschoben werden kann. Die primärseitigen Ladespulen 2 sind vorzugsweise gegen die Umwelt elektrisch isoliert, ohne dass durch die verwendete Isolierung eine wesentliche Beeinträchtigung der Ausbreitung des durch sie erzeugten Wechselmagnetfelds verbunden ist. Des Weiteren umfasst die Induktionsladeeinrichtung 1, 1' einen Lade-Controller.
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Wird die Ladeplatte 3 in das Magnetfeld der Ladespulen 2 eingebracht, so wird die Ladeplatte 3 und die darin integrierte Ladespule 4 von einem Wechselmagnetfeld „durchflutet”, das von den zwei primärseitigen Ladespulen 2 erzeugt wird und es findet – mit Hilfe des nachfolgend noch näher erläuterten Kabels 7 – ein Energietransfer von der Ladespule 2 über die Ladespule 4 auf das Kraftfahrzeug 9 statt.
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Erfindungsgemäß kann in vorteilhafter Weise vorgesehen sein, dass bei der Energieübertragungseinrichtung 1, 1' eine Einrichtung zur (Daten)Kommunikation vorhanden ist, um bspw. unter Verwendung einer magnetischen Kopplung zwischen der Induktionsladeeinrichtung 1, 1' und einer Vorrichtung (bspw. ein Fahrzeug 9), zu der der mittels der Energieübertragungseinrichtung induktiv übertragene elektrische Strom leitbar ist, eine (Daten)Kommunikation zu ermöglichen. Die (Daten)Kommunikation kann bspw. dazu verwendet werden, die Vorrichtung (das Kraftfahrzeug 9) zu identifizieren, eine Energieanforderung zu übertragen und/der eine Leistungssteuerung durchzuführen.
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Die Einrichtung zur (Daten)Kommunikation kann alternativ oder ergänzend hierzu aber auch ganz allgemein dazu eingerichtet sein, eine (Daten)Kommunikation mit einer bezüglich der Energieübertragungseinrichtung 1, 1' externen digitalen Recheneinrichtung durchzuführen. Eine solche digitale Recheneinrichtung kann bspw. eine sein, mit der über ein Netzwerk (bspw. das Internet) eine (Daten)Kommunikation durchführbar ist.
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Auf diese Weise können bspw. mittels der Energieübertragungseinrichtung 1, 1' Daten, die für eine Abrechnung von induktiv übertragener elektrischer Energie erforderlich oder hilfreich sind, zu einem Energieversorgungsunternehmen oder einer anderen hierfür vorgesehenen Unternehmen übertragen und dadurch auf besonders einfache Weise eine Abrechnung der induktiv übertragenen elektrischen Energie durch das (Energieversorgungs)Unternehmen ermöglicht werden.
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Selbstverständlich kann die Energieübertragungseinrichtung (1, 1') auch weitere, aus dem Stand der Technik bekannte Bedien- und/oder Anzeigeeinrichtungen aufweisen, bspw. Schalter, Taster, eine alpha-numerische oder numerische Tastatur, einen Bildschirm, ein Kartenlesegerät, etc.
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Weiterhin kann vorgesehen sein, dass eine Einrichtung zum Erkennen des Vorhandenseins einer Ladeplatte 3 im Ladeschacht vorhanden ist, etwa unter Verwendung einer Lichtschranke, eines Abstandssensors, eines mechanischen Schalters, etc. Ist keine Ladeplatte 3 eingeschoben, so kann vorgesehen sein, dass das Magnetfeld deaktiviert wird.
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Bezüglich der körperlichen bzw. räumlichen Ausgestaltung der Induktionsladeeinrichtung 1, 1' bestehen keine besonderen Beschränkungen, und die Induktionsladeeinrichtung 1, 1' kann bspw. in Form einer runden oder eckigen Säule 1 oder einer in den Boden integrierbaren Energieübertragungseinrichtung 1' ausgebildet ist, wobei bei einer Mehrfachladeeinrichtung 1, 1' (siehe 4) für die Gehäuse 3 jeweils eine separate Einschuböffnung 5 vorgesehen sein kann.
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Die Induktionsladeeinrichtung 1 kann in Form einer Einfach- oder Mehrfachladeeinrichtung bspw. auch in eine Wand oder in einen Laternenmast integriert sein.
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Eine Integration der Induktionsladeeinrichtung 1 in den Boden ist für Fahrzeuge, welche am Straßenrand geparkt sind, besonders vorteilhaft. Es müssen bei einer solchen Ausgestaltung der Induktionsladeeinrichtung 1' keine Kabel (etwa mittels einer Kabeltrommel) vom einer Ladeeinrichtung oder einem Haus zum Kraftfahrzeug verlegt werden. Hierdurch werden zum einen die Gefahr eines Missbrauchs und zum anderen das Unfallrisiko beim Queren von Fußgängerwegen bzw. von Fußgängern verringert.
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Ladeeinrichtungen, welche in Laternenmasten eingebracht sind, bergen, in Abhängigkeit von Ihrem Standort, Risiken, welche sich durch das Queren von Fußgängern bzw. Fußgängerwegen ergeben. Eine in die Straße eingelassene Ladeeinrichtung 1' erlaubt es hingegen, die Ladeplatte 3 direkt neben dem Kraftfahrzeug 9 in den Boden zu stecken (siehe auch 6), was das Unfallrisiko senkt und kurze Längen des Kabels 7 erlaubt.
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Durch ein verkapseltes Design der Ladeplatte 3 kann diese auch genutzt werden, wenn im Boden eingelassene Ladeschächte voller Wasser sind (bspw. bei Regen). Optional kann der im Boden eingelassene Ladeschacht mit einem selbstrückstellenden Schutzmechanismus versehen sein (bspw. in Form einer Klappe mit Feder), welcher die Einschuböffnung 5 bei Nichtgebrauch automatisch verschließt und das Eindringen von Fremdkörpern in den Ladeschacht vermeidet. Ein derartiger, selbstrückstellender Schutzmechanismus kann selbstverständlich auch bei einer säulenartigen Induktionsladeeinrichtung 1 vorgesehen sein.
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Alternativ kann der Ladeschacht bzw. die Induktionsladeeinrichtung 1' auch so konstruiert sein, dass sie eine Ableitungseinrichtung 6 für Fremdkörper und Wasser aufweist, bspw. in Form eines Abflusses (ggf. mit einem Anschluss an das Kanalisationsnetz).
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Ein Durchrutschen der Ladeplatte in die Ableitungseinrichtung 6 muss selbstverständlich konstruktiv verhindert sein (bspw. durch entsprechend angebrachte und in 5 mittels drei waagerecht nebeneinander dargestellten Kreisen angedeuteten Haltebolzen, eine Verjüngung des Ladeschachts nach unten oder ähnliche Maßnahmen). Die Vorteile dieser Lösung sind deren Einfachheit, Wartungsfreiheit sowie die Gewissheit, dass zu keinem Zeitpunkt Wasser im Ladeschacht steht.
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Um auch bei Regen bzw. Verschmutzung ein komfortables Entnehmen der Ladeplatte 3 aus dem Ladeschacht zu ermöglichen kann diese mit einem Griff versehen sein.
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Optional kann auch eine Antihaftbeschichtung auf zumindest einem Teil der Außenfläche der Ladeplatte 3 vorgesehen sein, so dass bei Transport der Ladeplatte 3 im Fahrzeug 9 nach Regen oder ähnlichem der Schmutzeintrag ins Fahrzeug 9 gering gehalten und hierdurch die Nutzerfreundlichkeit erhöht wird.
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Bezüglich der gewünschten oder erforderlichen Ladespannungsanpassung bestehen zwei Möglichkeiten:
- 1.) Die Stärke des Magnetfeldes wird bezüglich seiner Amplitude konstant gehalten. Die in der Ladeplatte 3 induzierte Spannung ergibt sich hierbei aus der Fläche und Windungszahl der in ihr befindlichen Induktionsspule (Ladespule) 4. Diese Ausgestaltung ist vorteilhaft, wenn mehrere Fahrzeuge unterschiedlicher Spannungslagen gleichzeitig an einer Mehrfachladeeinrichtung 1 (siehe 3 und 4 sowie zugehörige Beschreibung) geladen werden sollen. Da hier jedoch die Bauart der Ladeplatte 3 fahrzeugspezifisch sein kann, sind Kostenvorteile durch Gleichteilestrategien nicht gegeben bzw. reduziert.
- 2.) Eine weitere Alternative ist die Nutzung einer einheitlichen und fahrzeugtypunabhängigen Ladespule 4. Um hierbei eine Spannungslagenanpassung vornehmen zu können, kann vorgesehen sein, das Magnetfeld bezüglich seiner Amplitude (und optional auch bezüglich seiner Frequenz) anpassen zu können. Diese Ausgestaltung ist im Sinne einer Gleichteilestrategie vorteilhaft, erlaubt es aber nicht, Kraftfahrzeuge mit verschiedenen Spannungslagen gleichzeitig an einer Mehrfachladeeinrichtung 1, 1' zu laden.
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Für den Fall, dass die unter 1.) beschrieben Ausführungsform gewählt wird, ermöglicht dies die Verwendung von Mehrfachladesäulen 1, 1'. Diese bestehen (wie in 3 beispielhaft dargestellt ist) aus mehreren in Reihe geschalteten Ladespulen 2 in deren Zwischenräume Ladeplatten 3 eingebracht werden können.
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Die Einbringung einer Mehrfachladeeinrichtung 1' in den Boden ist selbstverständlich ebenfalls möglich, auch wenn dies in den Figuren nicht dargestellt ist.
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Die Nutzung einer Mehrfachladeeinrichtung 1, 1' ist vorteilhaft, da sich mit dieser mehrere Kraftfahrzeuge 9 gleichzeitig laden lassen. Hierbei ist jedoch in der Regel sicherzustellen, dass der versorgungsnetzseitige Anschluss der Mehrfachladeeinrichtung 1, 1' eine ausreichend hohe Ladeleistung bereitstellen kann, um unter allen Lastbedingungen das Magnetfeld in seiner Amplitude konstant halten zu können.
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Diese Notwendigkeit kann jedoch durch den Einsatz von fahrzeugseitigen Einrichtungen zur Ladeleistungsregelung umgangen werden. Zwar ist der Einsatz solcher Ladeleistungsregelungen mit Kosten verbunden, jedoch erlauben diese eine gezielte Ladesteuerung von Fahrzeugflotten.
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Von der vorliegenden Erfindung umfasst ist auch eine „umgekehrte” Nutzung, bei der eine Ladeplatte 3 mit einer darin integrierten Ladespule 4 in einen Ladeschacht 5 am Fahrzeug 9 geschoben wird. Hierbei ist ggf. die Einbringung einer Steuerungselektronik in die Ladeplatte 3 bzw. die „Ladesäule” erforderlich, um die Magnetfelderzeugung steuern zu können.
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Wie in 6 schematisch und beispielhaft dargestellt ist, kann das erfindungsgemäße Ladekabel 7 in einer Ausführungsform an einem Ende eine Ladeplatte 3 mit darin integrierter Induktionsspule 4 und am anderen Ende einen Stecker 8 aufweisen, der (mechanisch und elektrisch) kompatibel ist zu einem (nicht dargestellten) Ladeanschluss am Fahrzeug 9. Um das Fahrzeug 9 zu laden, wird der Stecker 8 des Ladekabels 7 mit dem Ladeanschluss am Fahrzeug 9 verbunden. Die Ladeplatte 3 wird in einen dafür vorgesehenen Schlitz 5 in einer Ladeeinrichtung 1, 1' geschoben, welche entweder eine Ladesäule 1 sein kann oder eine in den Boden eingelassene Ladeeinrichtung 1' gleicher Funktionalität.
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Das Ladekabel 7 kann gemäß einer weiteren Ausführungsform aber auch an beiden Enden je ein Gehäuse mit darin integrierter Spule aufweisen. Wird versorgungsnetzseitig Ladeenergie eingekoppelt, wird diese über das Kabel 7 an die zweite Spule des Kabels 7 weitergegeben, welche sich in einem ins Fahrzeug 9 eingebrachten Ladeschacht befindet. Mittels der zweiten Spule wird die Energie dann an das Fahrzeug 9 bzw. eine darin befindliche Speichereinrichtung für elektrische Energie übertragen. Der Vorteil einer solchen Lösung ist die komplette Vermeidung der Gefahr von Lichtbögen/Funken, was insbesondere in Umgebungen mit besonderen Anforderungen an den Explosionsschutz vorteilhaft ist.
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Die galvanische Trennung von Ladeeinrichtung 1, 1' und Kraftfahrzeug 9 erlaubt weiterhin eine Reduktion der Anforderungen, die sonst aufgrund der gültigen VDE-Vorschriften auf das Fahrzeug Anwendung finden würden.
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Von der vorliegenden Erfindung umfasst ist auch die Verwendung der Energieübertragungseinrichtung 1 und des Kabels 7, um eine (bidirektionale) Leistungsschnittstelle zwischen bspw. einem (Nutz)Fahrzeug und dessen Aufbau, welcher üblicherweise von Dritten installiert wird, oder Anhänger zu realisieren. Diese Verwendung ermöglicht ein einfaches und elektrisch sicheres Handling der Leistungsübertragung auch für Laien.
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Durch die vorliegende Erfindung, durch die u. a. ein (bidirektionales) Induktivladesystem zwischen einem Kraftfahrzeug 9 und einer Infrastruktur, eine Kombination aus steckerbasiertem und induktivem Ladesystem sowie ein (bidirektionales) System zum Transfer von elektrischer Energie, etwa zwischen einem Nutzfahrzeug und einem Aufbau/Anhänger realisiert werden kann, ergeben sich insbesondere folgende Vorteile:
- – Es wird ein Ladesystem zur Verfügung gestellt, welches ein gleichzeitiges Laden mehrerer Kraftfahrzeuge 9 mit verschiedenen Spannungslagen an einer Ladeeinrichtung 1, 1' ermöglicht;
- – es ist eine Skalierbarkeit des Leistungsbedarfs der Ladeeinrichtung 1, 1' möglich, wodurch sich Vorteile beim Flottenladen ergeben;
- – es wird ein Wegfall der galvanischen Kopplung zwischen Fahrzeug 9 und Ladeeinrichtung 1, 1' erreicht;
- – es werden die Vorteile eines Induktivladesystems mit denen eines Stecksystems kombiniert;
- – es werden Streufeldverluste verringert und damit der Wirkungsgrad erhöht; und
- – es können die EMVU Anforderungen mit geringem konstruktivem Aufwand eingehalten werden.
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Da einem Fachmann die für die Energieübertragungseinrichtung 1, 1', das Kabel 7 sowie die Vorrichtung 9 erforderlichen und/oder geeigneten Bauteile, Baugruppen, Hard- und Software-Komponenten sowie deren Möglichkeiten für ein Zusammenwirken bekannt sind, braucht in der vorliegenden Anmeldung hierauf nicht näher eingegangen zu werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1, 1'
- Energieübertragungseinrichtung
- 2
- primärseitige Spule
- 3
- Gehäuse
- 4
- sekundärseitige Spule
- 5
- Einschuböffnung
- 6
- Ableitungseinrichtung
- 7
- Kabel
- 8
- Stecker
- 9
- Vorrichtung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 2014/0103711 A1 [0005]
- US 2014/0203659 A1 [0006]
- US 2015/0015193 A1 [0007]