DE102023205496A1 - Mobile induction charging device - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine mobile Induktionsladeeinrichtung (1) für ein induktives Fahrzeugladesystem (35) zum Laden einer Batterie eines batterieelektrischen Fahrzeugs (5), mit einer Induktionsspule (2) zum Empfangen eines magnetischen Wechselfelds, mit einer Tragstruktur (4) zum Befestigen der Induktionsladeeinrichtung (1) an einem Fahrzeug (5), die mehrere Träger (6) aufweist, die sich in einem Tragbereich (7) erstrecken, und mit mehreren plattenförmigen Magnetfeldleitern (8), die sich jeweils oberhalb der Induktionsspule (2) erstrecken, wobei zwei dieser Träger (6) im Tragbereich (7) in Umfangrichtung (U) benachbart sind, zueinander geneigt verlaufen und zwischen sich im Tragbereich (7) einen Trägerzwischenraum (9) ausbilden, wobei im Bereich des Trägerzwischenraums (9) einer der Magnetfeldleiter (8) angeordnet ist.
Eine bessere Positionierung gegenüber einer stationären Induktionsladeeinrichtung lässt sich erreichen, wenn die mobile Induktionsladeeinrichtung (1) wenigstens eine Positionierspule (12) zum Senden und/oder Empfangen eines magnetischen Positionsfelds aufweist, wenn diese Positionierspule (12) unterhalb eines Magnetfeldeiters (8) und oberhalb oder unterhalb der Induktionsspule (2) angeordnet ist und wenn diese Positionierspule (12) vollständig innerhalb des Trägerzwischenraums (9) angeordnet ist.
The invention relates to a mobile induction charging device (1) for an inductive vehicle charging system (35) for charging a battery of a battery-electric vehicle (5), with an induction coil (2) for receiving an alternating magnetic field, with a support structure (4) for fastening the induction charging device (1) to a vehicle (5), which has a plurality of supports (6) which extend in a support region (7), and with a plurality of plate-shaped magnetic field conductors (8), each of which extends above the induction coil (2), wherein two of these supports (6) are adjacent in the circumferential direction (U) in the support region (7), run at an angle to one another and form a support gap (9) between them in the support region (7), wherein one of the magnetic field conductors (8) is arranged in the region of the support gap (9).
Better positioning compared to a stationary induction charging device can be achieved if the mobile induction charging device (1) has at least one positioning coil (12) for transmitting and/or receiving a magnetic positioning field, if this positioning coil (12) is arranged below a magnetic field conductor (8) and above or below the induction coil (2) and if this positioning coil (12) is arranged completely within the carrier gap (9).
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine mobile Induktionsladeeinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, die vorzugsweise bei einem induktiven Fahrzeugladesystem zur Anwendung kommt, das zum Aufladen einer Batterie eines batterieelektrischen Fahrzeugs dient. Die Erfindung betrifft außerdem ein mit einer solchen mobilen Induktionsladeeinrichtung ausgestattetes Fahrzeug sowie ein mit einer solchen mobilen Induktionsladeeinrichtung ausgestattetes induktives Fahrzeugladesystem.The present invention relates to a mobile induction charging device according to the preamble of
Ein derartiges Fahrzeugladesystem umfasst dabei eine stationäre Induktionsladeeinrichtung, die auch als Bodenbaugruppe oder Ground Assembly bezeichnet werden kann und die in der Regel ortsfest, beispielsweise an einem Fahrzeugstellplatz, angeordnet und an ein elektrisches Stromnetz angeschlossen ist, und eine mobile Induktionsladeeinrichtung, die auch als Fahrzeugbaugruppe oder Vehicle Assembly bezeichnet werden kann und die am jeweiligen Fahrzeug angeordnet ist. Die mobile Induktionsladeeinrichtung ist dabei mit der Batterie des Fahrzeugs auf geeignete Weise gekoppelt, z.B. über ein entsprechendes fahrzeugseitiges Ladesteuergerät. Zum Aufladen der Batterie wird das Fahrzeug mit seiner mobilen Induktionsladeeinrichtung bezüglich der stationären Induktionsladeeinrichtung so positioniert, dass mittels Induktion, also über ein magnetisches bzw. elektromagnetisches Wechselfeld, elektrische Energie von der stationären Induktionsladeeinrichtung auf die mobile Induktionsladeeinrichtung übertragen werden kann. Beim induktiven Fahrzeugladesystem kann auf Ladestecker verzichtet werden, die mit fahrzeugseitigen Ladebuchsen gesteckt werden müssen.Such a vehicle charging system comprises a stationary induction charging device, which can also be referred to as a ground assembly and which is usually arranged in a fixed location, for example in a vehicle parking space, and connected to an electrical power grid, and a mobile induction charging device, which can also be referred to as a vehicle assembly and which is arranged on the respective vehicle. The mobile induction charging device is coupled to the vehicle's battery in a suitable manner, e.g. via a corresponding vehicle-side charging control unit. To charge the battery, the vehicle with its mobile induction charging device is positioned in relation to the stationary induction charging device in such a way that electrical energy can be transferred from the stationary induction charging device to the mobile induction charging device by means of induction, i.e. via a magnetic or electromagnetic alternating field. The inductive vehicle charging system does not require charging plugs that have to be plugged into vehicle-side charging sockets.
Eine gattungsgemäße mobile Induktionsladeeinrichtung ist beispielsweise aus der
Während des Betriebs des induktiven Fahrzeugladesystems wird zwischen der stationären Induktionsladeeinrichtung und der mobilen Induktionsladeeinrichtung durch das magnetische bzw. elektromagnetische Wechselfeld die elektrische Energie bei hoher elektrischer Leistung übertragen. Dies kann problematisch sein, wenn sich im Bereich dieses Wechselfelds Fremdkörper befinden. Elektrisch leitende Fremdkörper, insbesondere metallische Fremdkörper, können sich im magnetischen bzw. elektromagnetischen Wechselfeld erhitzen, wodurch eine Verbrennungsgefahr und insbesondere eine Feuergefahr entsteht. Abhilfe kann hier eine Fremdkörpersensorik schaffen, die mehrere auf der Oberfläche der stationären Induktionsladeeinrichtung verteilte Fremdkörpersensoren aufweist, die insbesondere als Magnetfeldsensoren ausgestaltet sein können, die ein magnetisches bzw. elektromagnetisches Feld erzeugen und überwachen. Sobald ein elektrisch leitender Fremdkörper in dieses magnetische bzw. elektromagnetische Feld gelangt, verändert sich das Feld, was dann von der jeweiligen Fremdkörperauswerteeinrichtung erkannt wird. Durch die Fremdkörpersensorik können derartige Fremdkörper rechtzeitig erfasst werden, sodass die Verletzungsgefahr und Feuergefahr reduziert sind.During operation of the inductive vehicle charging system, electrical energy is transferred at high electrical power between the stationary induction charging device and the mobile induction charging device through the alternating magnetic or electromagnetic field. This can be problematic if there are foreign bodies in the area of this alternating field. Electrically conductive foreign bodies, in particular metallic foreign bodies, can heat up in the alternating magnetic or electromagnetic field, which creates a risk of burns and in particular a risk of fire. A foreign body sensor system can provide a remedy here, which has several foreign body sensors distributed on the surface of the stationary induction charging device, which can in particular be designed as magnetic field sensors that generate and monitor a magnetic or electromagnetic field. As soon as an electrically conductive foreign body enters this magnetic or electromagnetic field, the field changes, which is then detected by the respective foreign body evaluation device. The foreign body sensor system can detect such foreign bodies in good time, so that the risk of injury and fire is reduced.
Für eine effiziente Energieübertragung während des Ladevorgangs ist es bei einem derartigen induktiven Fahrzeugladesystem wichtig, dass das Fahrzeug mit seiner mobilen Induktionsladeeinrichtung möglichst mittig oberhalb der stationären Induktionsladeeinrichtung positioniert wird. Zur optimalen Positionierung der mobilen Induktionsladeeinrichtung relativ zur stationären Induktionsladeeinrichtung ist es dabei grundsätzlich möglich, eine an der stationären Induktionsladeeinrichtung aus anderen Gründen bereits vorhandene Fremdkörpersensorik zu nutzen. Insbesondere ist denkbar, dass am Fahrzeug ein Positionsgeber angebracht wird, der einen virtuellen Fremdkörper simuliert, der von den Fremdkörpersensoren der Fremdkörpersensorik erkannt werden kann. Sofern eine Auswerteeinrichtung die Position der Fremdkörpersensoren an der stationären Induktionsladeeinrichtung kennt, lässt sich die Relativlage des virtuellen Fremdkörpers bezüglich der stationären Induktionsladeeinrichtung ermitteln. Wenn außerdem die Relativlage des Positionsgebers bezüglich der mobilen Induktionsladeeinrichtung bekannt ist, lässt sich anhand der ermittelten Position des virtuellen Fremdkörpers auch die Relativlage der mobilen Induktionsladeeinrichtung bezüglich der stationären Induktionsladeeinrichtung ermitteln. Problematisch bei der Verwendung solcher Positionsgeber und der Fremdkörpersensorik beim Ausrichten der stationären und mobilen Induktionsladeeinrichtungen zueinander ist der Umstand, dass an den Induktionsladeeinrichtungen vergleichsweise viele Störkonturen vorhanden sind, die das Erzeugen und Erkennen des virtuellen Fremdkörpers erschweren und somit die Genauigkeit der Positionserkennung erheblich beeinträchtigen. Störkonturen der mobilen Induktionsladeeinrichtung sind beispielsweise die Magnetfeldleiter und die Tragstruktur.For efficient energy transfer during the charging process, it is important in such an inductive vehicle charging system that the vehicle with its mobile induction charging device is positioned as centrally as possible above the stationary induction charging device. To optimally position the mobile induction charging device relative to the stationary induction charging device, it is generally possible to use a foreign body sensor that is already present on the stationary induction charging device for other reasons. In particular, it is conceivable that a position sensor is attached to the vehicle that simulates a virtual foreign body that can be detected by the foreign body sensors of the foreign body sensor system. If an evaluation device knows the position of the foreign body sensors on the stationary induction charging device, the relative position of the virtual foreign body with respect to the stationary induction charging device can be determined. If the relative position of the position sensor with respect to the mobile induction charging device is also known, the relative position of the mobile induction charging device with respect to the stationary induction charging device can also be determined based on the determined position of the virtual foreign body. The problem with using such position sensors and foreign body sensors when aligning stationary and mobile induction charging devices with each other is the fact that there are comparatively many interference contours on the induction charging devices, which make it difficult to generate and detection of the virtual foreign body and thus significantly impair the accuracy of position detection. Examples of interference contours of the mobile induction charging device are the magnetic field conductors and the support structure.
Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, für eine mobile Induktionsladeeinrichtung und ein damit ausgestattetes Fahrzeug und/oder Fahrzeugladesystem eine verbesserte oder zumindest eine andere Ausführungsform bereitzustellen, die sich insbesondere durch eine relativ genaue Positionierbarkeit zwischen stationärer und mobiler Induktionsladeeinrichtung auszeichnet.The present invention addresses the problem of providing an improved or at least a different embodiment for a mobile induction charging device and a vehicle and/or vehicle charging system equipped therewith, which is characterized in particular by a relatively precise positioning between stationary and mobile induction charging device.
Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.This problem is solved according to the invention by the subject matter of the independent claim. Advantageous embodiments are the subject matter of the dependent claims.
Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, wenigstens einen Positionsgeber in die mobile Induktionsladeeinrichtung zu integrieren. Ferner soll diese Integration so erfolgen, dass eine Positionierspule des jeweiligen Positionsgebers einerseits unterhalb eines Magnetfeldleiter und andererseits oberhalb oder unterhalb der Induktionsspule angeordnet ist. Außerdem ist die jeweilige Positionierspule innerhalb eines Trägerzwischenraums angeordnet. Durch die Positionierung der jeweiligen Positionierspule im Trägerzwischenraum lassen sich störende Einflüsse der Tragstruktur auf das Positionsfeld erheblich reduzieren. Auch die Positionierung der jeweiligen Positionierspule unterhalb der Magnetfeldleiter reduziert deren Einfluss auf das Positionsfeld. Hierdurch kann die jeweilige Positionierspule quasi frei nach unten abstrahlen, um den virtuellen Fremdkörper zu generieren, der dann von einer Fremdkörpersensorik ermittelt werden kann.The invention is based on the general idea of integrating at least one position sensor into the mobile induction charging device. Furthermore, this integration should be carried out in such a way that a positioning coil of the respective position sensor is arranged on the one hand below a magnetic field conductor and on the other hand above or below the induction coil. In addition, the respective positioning coil is arranged within a carrier gap. By positioning the respective positioning coil in the carrier gap, disruptive influences of the support structure on the positioning field can be significantly reduced. Positioning the respective positioning coil below the magnetic field conductor also reduces its influence on the positioning field. This allows the respective positioning coil to radiate downwards more or less freely in order to generate the virtual foreign body, which can then be detected by a foreign body sensor.
Im Einzelnen schlägt die Erfindung vor, die Induktionsladeeinrichtung mit wenigstens einer Positionierspule zum Senden und/oder Empfangen eines magnetischen bzw. elektromagnetischen Positionsfelds aufweist. Ferner ist die jeweilige Positionierspule in der Höhenrichtung unterhalb eines solchen Magnetfeldleiter und oberhalb oder unterhalb der Induktionsspule angeordnet. Außerdem ist die jeweilige Positionierspule vollständig innerhalb eines solchen Trägerzwischenraums angeordnet. In der Folge ist die jeweilige Positionierspule nicht durch die Träger in der Höhenrichtung abgedeckt, die den jeweiligen Trägerzwischenraum begrenzen.In detail, the invention proposes that the induction charging device has at least one positioning coil for transmitting and/or receiving a magnetic or electromagnetic positioning field. Furthermore, the respective positioning coil is arranged in the vertical direction below such a magnetic field conductor and above or below the induction coil. In addition, the respective positioning coil is arranged completely within such a carrier gap. As a result, the respective positioning coil is not covered by the carriers in the vertical direction that delimit the respective carrier gap.
Die mobile Induktionsladeeinrichtung besitzt eine Höhenrichtung, die bei am Fahrzeug montierter Induktionsladeeinrichtung im Wesentlichen vertikal, also parallel zur Schwerkraftrichtung verläuft. Ferner besitzt die mobile Induktionsladeeinrichtung eine Längsrichtung, die senkrecht zur Höhenrichtung verläuft, sowie eine Querrichtung, die senkrecht zur Höhenrichtung und senkrecht zur Querrichtung verläuft. Da sich die mobile Induktionsladeeinrichtung zweckmäßig an einer Fahrzeugunterseite, insbesondere an einem Fahrzeugunterboden, befindet, ist die Induktionsladeeinrichtung flach konzipiert, sodass ihre in der Höhenrichtung gemessene Höhe deutlich kleiner ist als ihre in der Längsrichtung gemessene Länge und ebenfalls deutlich kleiner ist als ihre in der Querrichtung gemessene Breite. Die relativen Ortsangaben „unten“ und „oben“ beziehen sich im vorliegenden Zusammenhang auf die Höhenrichtung, die im ordnungsgemäßen Zustand parallel zur Schwerkraftrichtung ausgerichtet ist. Eine durch die Längsrichtung und die Querrichtung aufgespannte Ebene, in der sich die mobile Induktionsladeeinrichtung erstreckt, verläuft dann horizontal.The mobile induction charging device has a height direction that runs essentially vertically when the induction charging device is mounted on the vehicle, i.e. parallel to the direction of gravity. The mobile induction charging device also has a longitudinal direction that runs perpendicular to the height direction and a transverse direction that runs perpendicular to the height direction and perpendicular to the transverse direction. Since the mobile induction charging device is expediently located on the underside of a vehicle, in particular on the underbody of a vehicle, the induction charging device is designed to be flat, so that its height measured in the height direction is significantly smaller than its length measured in the longitudinal direction and also significantly smaller than its width measured in the transverse direction. The relative location specifications "bottom" and "top" in the present context refer to the height direction, which is aligned parallel to the direction of gravity when in proper condition. A plane spanned by the longitudinal direction and the transverse direction, in which the mobile induction charging device extends, then runs horizontally.
Die Magnetfeldleiter bestehen vorzugsweise aus einem weichmagnetischen und vorzugsweise elektrisch isolierenden Material. Die relative Permeabilität µr soll dabei > 2 und vorzugsweise > 1 000 sein. Geeignete Materialien sind beispielsweise Ferrite, sodass die plattenförmigen Magnetfeldleiter häufig auch als Ferritplatten bezeichnet werden.The magnetic field conductors preferably consist of a soft magnetic and preferably electrically insulating material. The relative permeability µ r should be > 2 and preferably > 1 000. Suitable materials include ferrites, so the plate-shaped magnetic field conductors are often also referred to as ferrite plates.
Bevorzugt ist eine Ausführungsform, bei der die jeweilige Positionierspule in der Höhenrichtung zwischen einem solchen Magnetfeldleiter und der Induktionsspule angeordnet ist. Hierdurch ist die jeweilige Positionierspule vor dem Wechselfeld der Induktionsspule besser geschützt. Zusätzlich oder alternativ kann vorgesehen sein, dass die jeweilige Positionierspule in der Höhenrichtung vollständig innerhalb der Tragstruktur angeordnet ist, wodurch sich eine kompakte, raumsparende Unterbringung ergibt.An embodiment is preferred in which the respective positioning coil is arranged in the vertical direction between such a magnetic field conductor and the induction coil. This means that the respective positioning coil is better protected from the alternating field of the induction coil. Additionally or alternatively, it can be provided that the respective positioning coil is arranged in the vertical direction completely within the support structure, which results in compact, space-saving accommodation.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform kann die Tragstruktur einen Innenrahmen aufweisen, der zwei oder mehr oder alle Träger bezüglich einer parallel zur Höhenrichtung verlaufenden Mittelachse der Induktionsladeeinrichtung radial innen miteinander verbindet. Der jeweilige Trägerzwischenraum ist dann radial innen durch den Innenrahmen radial begrenzt. Damit ist die im jeweiligen Trägerzwischenraum angeordnete Positionierspule in der Höhenrichtung nicht durch den Innenrahmen verdeckt. Der jeweilige Innenrahmen kann plattenförmig oder ringförmig ausgestaltet sein. Ein plattenförmiger Rahmen ist in einer Rahmenebene, in der er sich erstreckt, geschlossen. Der plattenförmige bzw. geschlossene Rahmen besitzt demnach keine Öffnung, die den Rahmen senkrecht zur Rahmenebene durchdringt. Im Unterscheid dazu ist ein ringförmiger Rahmen in der Rahmenebene offen und besitzt somit zumindest eine Öffnung, die den Rahmen senkrecht zur Rahmenebene durchdringt. Der ringförmige Rahmen läuft in der Umfangsrichtung um die Öffnung um, vorzugsweise geschlossen. Dabei muss der ringförmige Rahmen keine kreisförmige Außenkontur besitzen, sondern kann eine rechteckige oder quadratische oder polygone oder trapezförmige Außenkontur besitzen.According to an advantageous embodiment, the support structure can have an inner frame that connects two or more or all supports radially on the inside with respect to a central axis of the induction charging device that runs parallel to the height direction. The respective space between the supports is then radially delimited on the inside by the inner frame. The positioning coil arranged in the respective space between the supports is thus not covered by the inner frame in the height direction. The respective inner frame can be designed in the shape of a plate or ring. A plate-shaped frame is closed in a frame plane in which it extends. The plate-shaped or closed frame therefore has no opening that penetrates the frame perpendicular to the frame plane. In contrast, an annular frame is open in the frame plane and thus has at least one opening that penetrates the frame perpendicular to the frame plane. The annular frame runs around the opening in the circumferential direction, preferably closed. the annular frame does not have to have a circular outer contour, but can have a rectangular or square or polygonal or trapezoidal outer contour.
Zusätzlich oder alternativ kann gemäß einer anderen Ausführungsform die Tragstruktur einen Außenrahmen aufweisen, der zwei oder mehr oder alle Träger bezüglich einer parallel zur Höhenrichtung verlaufenden Mittelachse der Induktionsladeeinrichtung radial außen miteinander verbindet. Der jeweilige Trägerzwischenraum ist dann radial außen durch den Außenrahmen radial begrenzt. Damit ist die im jeweiligen Trägerzwischenraum angeordnete Positionierspule in der Höhenrichtung nicht durch den Außenrahmen verdeckt. Der jeweilige Außenrahmen kann ringförmig ausgestaltet sein und insbesondere in der Umfangsrichtung geschlossen umlaufen.Additionally or alternatively, according to another embodiment, the support structure can have an outer frame that connects two or more or all supports to one another radially on the outside with respect to a central axis of the induction charging device that runs parallel to the height direction. The respective space between the supports is then radially delimited on the outside by the outer frame. The positioning coil arranged in the respective space between the supports is therefore not covered by the outer frame in the height direction. The respective outer frame can be designed in a ring shape and in particular can run in a closed manner in the circumferential direction.
Grundsätzlich kann die Positionierspule eine beliebige, zum Erzeugen des Positionsfelds geeignete Geometrie besitzen. Beispielsweise kann die jeweilige Positionierspule kreisförmig oder elliptisch oder oval geformt sein. Bei einer vorteilhaften Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass die jeweilige Positionierspule lateral oder senkrecht zur Höhenrichtung eine Verlaufskontur aufweist, die geometrisch an eine durch die Tragstruktur lateral oder senkrecht zur Höhenrichtung begrenzte Umlaufkontur des jeweiligen Trägerzwischenraums angepasst ist. Demnach folgt die Positionierspule innerhalb des Trägerzwischenraums der Umlaufkontur, wodurch die Positionierspule vergleichsweise großflächig ist, was für die Erzeugung eines leicht erkennbaren Positionsfelds günstig ist.In principle, the positioning coil can have any geometry suitable for generating the position field. For example, the respective positioning coil can be circular, elliptical or oval. In an advantageous embodiment, it can be provided that the respective positioning coil has a contour laterally or perpendicularly to the height direction, which is geometrically adapted to a circumferential contour of the respective carrier gap delimited by the support structure laterally or perpendicularly to the height direction. Accordingly, the positioning coil follows the circumferential contour within the carrier gap, whereby the positioning coil has a comparatively large surface area, which is advantageous for generating an easily recognizable position field.
Gemäß einer anderen Ausführungsform kann die jeweilige Positionierspule zwei Spulenabschnitte aufweisen, die sich parallel zu einem der beiden Träger erstrecken, die den jeweiligen Trägerzwischenraum begrenzen, in dem die jeweilige Positionierspule angeordnet ist. Hierdurch wird der im Trägerzwischenraum bereitgestellte Bauchraum für die Positionierspule optimal ausgenutzt. Zweckmäßig kann die Positionierspule dreieckförmig oder trapezförmig ausgestaltet sein.According to another embodiment, the respective positioning coil can have two coil sections that extend parallel to one of the two supports that delimit the respective space between the supports in which the respective positioning coil is arranged. This optimally utilizes the abdominal space provided in the space between the supports for the positioning coil. The positioning coil can expediently be designed in a triangular or trapezoidal shape.
Bei einer weiteren Ausführungsform kann die jeweilige Positionierspule auf einem Positionierspulenträger ausgebildet sein, der im jeweiligen Trägerzwischenraum angeordnet ist. Die Verwendung eines Positionierspulenträger vereinfacht die Anordnung der Positionierspule im jeweiligen Trägerzwischenraum. Beispielsweise lässt sich der Positionierspulenträger vor dem Einbau in die Tragstruktur mit der jeweiligen Positionierspule ausstatten. Der Positionierspulenträger kann eine Platine sein, auf welche die jeweilige Positionierspule aufgebracht, insbesondere aufgedruckt, ist.In a further embodiment, the respective positioning coil can be formed on a positioning coil carrier that is arranged in the respective carrier gap. The use of a positioning coil carrier simplifies the arrangement of the positioning coil in the respective carrier gap. For example, the positioning coil carrier can be equipped with the respective positioning coil before installation in the support structure. The positioning coil carrier can be a circuit board onto which the respective positioning coil is applied, in particular printed.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform kann der jeweilige Positionierspulenträger eine zentrale Durchgangsöffnung aufweisen. Der Positionierspulenträger ist dadurch nicht plattenförmig, sondern ringförmig konfiguriert und kann eine polygone, insbesondere trapezförmige, Außenkontur besitzen. Durch diese Bauform wird nur wenig Material für den Positionierspulenträger benötigt, was die Herstellungskosten und auch das Gewicht der mobilen Induktionsladeeinrichtung reduziert.In an advantageous embodiment, the respective positioning coil carrier can have a central through-opening. The positioning coil carrier is therefore not plate-shaped, but ring-shaped and can have a polygonal, in particular trapezoidal, outer contour. This design means that only a small amount of material is required for the positioning coil carrier, which reduces the manufacturing costs and also the weight of the mobile induction charging device.
Gemäß einer besonders vorteilhaften Weiterbildung kann nun außerdem vorgesehen sein, dass die Induktionsspule oder ein die Induktionsspule tragender Induktionsspulenträger durch die Durchgangsöffnung hindurch mit dem jeweiligen Magnetfeldleiter verklebt oder vergossen ist. Somit erhält die Durchgangsöffnung des Positionierspulenträger eine Zusatzfunktion. Durch die Verklebung bzw. durch den Verguss der Induktionsspule bzw. des Induktionsspulenträger mit dem jeweiligen Magnetfeldleiter lässt sich insbesondere die thermische Kopplung verbessern, um Wärme von der Induktionsspule auf den jeweiligen Magnetfeldleiter zu übertragen. Insbesondere lassen sich hierbei Klebstoffe oder Vergussmaterialien mit erhöhtem Wärmeleitkoeffizienten verwenden. Ein erhöhter Wärmeleitkoeffizient λ liegt dann vor, wenn gilt λ > 1 W/(m·K), vorzugsweise λ > 10 W/(m·K).According to a particularly advantageous development, it can now also be provided that the induction coil or an induction coil carrier carrying the induction coil is glued or cast with the respective magnetic field conductor through the through-opening. The through-opening of the positioning coil carrier thus has an additional function. By gluing or casting the induction coil or the induction coil carrier with the respective magnetic field conductor, the thermal coupling can be improved in particular in order to transfer heat from the induction coil to the respective magnetic field conductor. In particular, adhesives or casting materials with an increased thermal conductivity coefficient can be used here. An increased thermal conductivity coefficient λ exists when λ > 1 W/(m·K), preferably λ > 10 W/(m·K).
Bei einer anderen Ausführungsform können Steuerleitungen zum Ansteuern der jeweiligen Positionierspule vorgesehen sein, die durch die Tragstruktur hindurch bis zu einem oberhalb der Magnetfeldleiter liegenden Bereich geführt sind. Die Steuerleitungen verlaufen damit innerhalb der Tragstruktur, also insbesondere zwischen Innenrahmen und Außenrahmen sowie zwischen benachbarten Trägern hindurch, und somit platzsparend.In another embodiment, control lines can be provided for controlling the respective positioning coil, which are routed through the support structure to an area above the magnetic field conductors. The control lines thus run within the support structure, i.e. in particular between the inner frame and outer frame and between adjacent supports, and thus save space.
Besonders vorteilhaft ist eine Ausführungsform, bei der die jeweilige Ansteuerschaltung mehrere elektronische Komponenten aufweist, wobei wenigstens eine Komponente auf einem Positionierspulenträger angeordnet ist, der die Positionierspule trägt, während wenigstens eine andere Komponente auf einen Schaltungsträger angeordnet ist, der in einem oberhalb der Magnetfeldleiter liegenden Bereich angeordnet ist. Steuerleitungen können nun vom Positionierspulenträger durch die Tragstruktur hindurch zum Schaltungsträger führen. Durch die Aufteilung der Ansteuerschaltung auf wenigstens zwei verschiedene Träger, lässt sich einerseits der vorhandene Bauraum besser ausnutzen. Andererseits lassen sich dadurch störende Wechselwirkungen reduzieren, insbesondere thermische und/oder elektromagnetische Wechselwirkungen.A particularly advantageous embodiment is one in which the respective control circuit has several electronic components, with at least one component being arranged on a positioning coil carrier that carries the positioning coil, while at least one other component is arranged on a circuit carrier that is arranged in an area above the magnetic field conductor. Control lines can now lead from the positioning coil carrier through the support structure to the circuit carrier. By dividing the control circuit into at least two different carriers, the available installation space can be better utilized on the one hand. On the other hand, this reduces disruptive interactions, in particular thermal and/or electromagnetic interactions.
Bevorzugt ist eine Ausführungsform, bei der die Induktionsladeeinrichtung wenigstens einen Positionsgeber aufweist, der die wenigstens eine Positionierspule und außerdem eine Ansteuerschaltung zum Ansteuern der jeweiligen Positionierspule aufweist. Zweckmäßig kann dabei die jeweilige Positionierspule als Sendespule zum Erzeugen eines magnetischen Positionsfelds ausgestaltet sein.An embodiment is preferred in which the induction charging device has at least one Position sensor which has at least one positioning coil and also a control circuit for controlling the respective positioning coil. The respective positioning coil can expediently be designed as a transmitting coil for generating a magnetic positioning field.
Beispielsweise kann die jeweilige Ansteuerschaltung als elektronische Komponenten wenigstens eine Kondensatoranordnung, ein Dämpfungsglied, einen Filter und ein Schaltglied aufweisen. Die Kondensatoranordnung dient zur Ausbildung eines Schwingkreises mit der Positionierspule. Die Kondensatorschaltung weist zumindest einen Kondensator auf. Bevorzugt ist eine Ausgestaltung, bei der die Kondensatoranordnung zwei parallel geschaltete Kondensatoren aufweist. Zumindest die Kondensatoranordnung ist dann auf dem Positionierspulenträger angeordnet, während zumindest das Schaltglied auf dem Schaltungsträger angeordnet ist. Für eine Variantenbildung kann es zweckmäßig sein, möglichst viele Komponenten auf dem Schaltungsträger anzuordnen, der mit seiner Bestückung dann für alle Varianten identisch ausgebildet werden kann. Im Unterschied dazu kann eine für die Variantenbildung erforderliche Anpassung des Schwingkreises an Randbedingungen der jeweiligen Variante preiswerter durchgeführt werden, wenn die Kondensatoranordnung am Positionierspulenträger angeordnet ist. Optional können das Dämpfungsglied und/oder der Filter auf dem Positionierspulenträger angeordnet sein.For example, the respective control circuit can have at least one capacitor arrangement, an attenuation element, a filter and a switching element as electronic components. The capacitor arrangement serves to form an oscillating circuit with the positioning coil. The capacitor circuit has at least one capacitor. A design in which the capacitor arrangement has two capacitors connected in parallel is preferred. At least the capacitor arrangement is then arranged on the positioning coil carrier, while at least the switching element is arranged on the circuit carrier. To create variants, it can be expedient to arrange as many components as possible on the circuit carrier, which can then be designed identically with its equipment for all variants. In contrast, an adaptation of the oscillating circuit to the boundary conditions of the respective variant, which is necessary for the creation of variants, can be carried out more cheaply if the capacitor arrangement is arranged on the positioning coil carrier. Optionally, the attenuation element and/or the filter can be arranged on the positioning coil carrier.
Bei diesen Ausführungsformen mit durch die Tragstruktur hindurchgeführten Steuerleitungen ist grundsätzlich denkbar, dass die Steuerleitungen an Bestandteilen der Tragstruktur außen vorbeigeführt sind, innerhalb eines Umfangs der Tragstruktur. Alternativ ist ebenso denkbar, dass in Bestandteilen der Tragstruktur Kanäle ausgebildet sind, durch die die Steuerleitungen hindurchgeführt sind. Derartige Kanäle können nach Art einer Nut seitlich offen sein oder nach Art einer Bohrung seitlich geschlossen sein.In these embodiments with control lines guided through the support structure, it is fundamentally conceivable that the control lines are guided past components of the support structure on the outside, within a circumference of the support structure. Alternatively, it is also conceivable that channels are formed in components of the support structure through which the control lines are guided. Such channels can be open at the side like a groove or closed at the side like a hole.
Bei einer anderen Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass die Induktionsladeeinrichtung quer zur Höhenrichtung eine Längsrichtung und eine parallel zur Längsrichtung verlaufende Längsmittellinie aufweist, wobei die Träger so angeordnet sind, dass der jeweilige Trägerzwischenraum, in dem die jeweilige Positionierspule angeordnet ist, im Wesentlichen mittig zur Längsmittellinie ausgerichtet ist. Mit anderen Worten, die Längsmittellinie erstreckt sich mittig durch den jeweiligen Trägerzwischenraum. Insbesondere erstreckt sich dadurch die Längsmittellinie im Wesentlichen mittig durch die jeweilige Positionierspule. Hierdurch wird das Auffinden der optimalen Positionierung zwischen stationärer Induktionsladeeinrichtung und mobiler Induktionsladeeinrichtung bei der Verwendung des Fahrzeugladesystems vereinfacht.In another embodiment, it can be provided that the induction charging device has a longitudinal direction transverse to the height direction and a longitudinal center line running parallel to the longitudinal direction, wherein the supports are arranged such that the respective space between the supports in which the respective positioning coil is arranged is aligned substantially centrally to the longitudinal center line. In other words, the longitudinal center line extends centrally through the respective space between the supports. In particular, the longitudinal center line extends substantially centrally through the respective positioning coil. This simplifies finding the optimal positioning between the stationary induction charging device and the mobile induction charging device when using the vehicle charging system.
Bei einer anderen Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass die Induktionsladeeinrichtung zumindest zwei solche Positionierspulen aufweist, die bezüglich einer parallel zur Höhenrichtung verlaufenden Mittelachse der Induktionsladeeinrichtung diametral gegenüberliegend angeordnet sind. Sofern ein Positionsgeber der vorstehend beschriebenen Art um Einsatz kommt, kann dieser diese beiden diametral gegenüberliegend angeordneten Positionierspulen aufweisen. Ebenso ist der Einsatz von zwei solchen Positionsgebern mit je einer Positionierspule denkbar, die dann diametral gegenüberliegend positioniert sind. Die geometrische Mitte der beiden Positionierspulen entspricht dann der Position der Mittelachse, was bei der Verwendung des induktiven Fahrzeugladesystems das Auffinden der optimalen Positionierung zwischen den Induktionsladeeinrichtungen vereinfacht.In another embodiment, it can be provided that the induction charging device has at least two such positioning coils, which are arranged diametrically opposite one another with respect to a central axis of the induction charging device running parallel to the height direction. If a position sensor of the type described above is used, it can have these two positioning coils arranged diametrically opposite one another. It is also conceivable to use two such position sensors, each with a positioning coil, which are then positioned diametrically opposite one another. The geometric center of the two positioning coils then corresponds to the position of the central axis, which makes it easier to find the optimal positioning between the induction charging devices when using the inductive vehicle charging system.
Ein erfindungsgemäßes batterieelektrisches Fahrzeug weist zumindest eine Batterie, ein mit der Batterie gekoppeltes Ladesteuergerät zum Laden der Batterie sowie eine mobile Induktionsladeeinrichtung der vorstehend beschriebenen Art auf, die mit dem Ladesteuergerät gekoppelt ist. Zweckmäßig ist die Tragstruktur der mobilen Induktionsladeeinrichtung am Fahrzeugboden, insbesondere am Unterboden, befestigt.A battery-electric vehicle according to the invention has at least one battery, a charging control device coupled to the battery for charging the battery, and a mobile induction charging device of the type described above, which is coupled to the charging control device. The support structure of the mobile induction charging device is expediently attached to the vehicle floor, in particular to the underbody.
Ein erfindungsgemäßes induktives Fahrzeugladesystem, das zum Laden einer Batterie eines batterieelektrischen Fahrzeugs dient, ist mit einer mobilen Induktionsladeeinrichtung der vorstehend beschriebenen Art ausgestattet, die zur Anbringung an einem Fahrzeug vorgesehen ist. Des Weiteren ist das induktiven Fahrzeugladesystem mit einer stationären Induktionsladeeinrichtung ausgestattet, die zur Anbringung an einem Fahrzeugstellplatz vorgesehen ist. Die stationäre Induktionsladeeinrichtung weist zumindest eine Induktionsspule zum Erzeugen eines magnetischen bzw. elektromagnetischen Wechselfelds und eine Positionserfassungseinrichtung zur Erfassung des jeweiligen Positionsfelds auf. Bei der Positionserfassungseinrichtung kann es sich insbesondere um eine Fremdkörpersensorik handeln.An inductive vehicle charging system according to the invention, which serves to charge a battery of a battery-electric vehicle, is equipped with a mobile induction charging device of the type described above, which is intended for attachment to a vehicle. Furthermore, the inductive vehicle charging system is equipped with a stationary induction charging device, which is intended for attachment to a vehicle parking space. The stationary induction charging device has at least one induction coil for generating a magnetic or electromagnetic alternating field and a position detection device for detecting the respective position field. The position detection device can in particular be a foreign body sensor.
Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.Further important features and advantages of the invention emerge from the subclaims, from the drawings and from the associated description of the figures based on the drawings.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Vorstehend genannte und nachfolgend noch zu nennende Bestandteile einer übergeordneten Einheit, wie z.B. einer Einrichtung, einer Vorrichtung oder einer Anordnung, die separat bezeichnet sind, können separate Bauteile bzw. Komponenten dieser Einheit bilden oder integrale Bereiche bzw. Abschnitte dieser Einheit sein, auch wenn dies in den Zeichnungen anders dargestellt ist.It is understood that the features mentioned above and those to be explained below can be used not only in the combination specified, but also in other combinations or on their own, without to depart from the scope of the invention. Components of a higher-level unit mentioned above and to be mentioned below, such as a device, an apparatus or an arrangement, which are designated separately, can form separate parts or components of this unit or can be integral areas or sections of this unit, even if this is shown differently in the drawings.
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.Preferred embodiments of the invention are illustrated in the drawings and are explained in more detail in the following description, wherein like reference numerals refer to like or similar or functionally identical components.
Es zeigen, jeweils schematisch,They show, each schematically,
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1 eine stark vereinfachte Ansicht von unten auf eine mobile Induktionsladeeinrichtung mit zwei Positionierspulen im Bereich einer Induktionsspule,1 a highly simplified view from below of a mobile induction charging device with two positioning coils in the area of an induction coil, -
2 eine Ansicht wie in1 , jedoch bei weggelassener Induktionsspule und mit zwei Positionierspulen bei einer anderen Ausführungsform,2 a view like in1 , but with omitted induction coil and with two positioning coils in another embodiment, -
3 eine Schnittansicht der Induktionsladeeinrichtung im Bereich einer Positionierspule aus1 ,3 a sectional view of the induction charging device in the area of a positioning coil from1 , -
4 eine Schnittansicht der Induktionsladeeinrichtung im Bereich einer Positionierspule aus2 ,4 a sectional view of the induction charging device in the area of a positioning coil from2 , -
5 ein stark vereinfachtes Schaltbild einer Ansteuerschaltung der Positionierspule,5 a highly simplified circuit diagram of a control circuit of the positioning coil, -
6 ein vergrößertes Detail VI aus2 im Bereich einer der Positionierspulen.6 an enlarged detail VI from2 in the area of one of the positioning coils.
Entsprechend den
Des Weiteren weist die mobile Induktionsladeeinrichtung 1 eine Tragstruktur 4 auf, die zum Befestigen der Induktionsladeeinrichtung 1 an einem Fahrzeug 5 dient, das in den
Darüber hinaus ist die mobile Induktionsladeeinrichtung 1 mit mehreren plattenförmigen Magnetfeldleitern 8 ausgestattet. Diese Magnetfeldleiter 8 können eben konfiguriert sein und sich dabei jeweils parallel zur Spulenebene 3 erstrecken. Außerdem sind die Magnetfeldleiter 8 oberhalb der Induktionsspule 2 angeordnet.In addition, the mobile
Gemäß den
Die hier gezeigte Induktionsladeeinrichtung 1 ist außerdem mit wenigstens einen Positionsgeber 10 ausgestattet. Bei den in den
Der jeweilige Positionsgeber 10 weist zumindest eine Positionierspule 12 zum Erzeugen eines magnetischen bzw. elektromagnetischen Positionsfelds sowie eine Ansteuerschaltung 13 zum Ansteuern der jeweiligen Positionierspule 12 auf. Die jeweilige Positionierspule 12 ist in den
Gemäß den
Ferner weist die jeweilige Positionierspule 12 quer oder lateral zur Höhenrichtung Z eine Verlaufskontur 16 auf, die den Ring der Positionierspule 12 bildet. Die Verlaufskontur 16 kann und zweckmäßig an eine Umlaufkontur 17 des zugehörigen Trägerzwischenraums 9 angepasst sein, wobei diese Umlaufkontur 17 durch die Tragstruktur 4 quer bzw. lateral zur Höhenrichtung Z definiert bzw. begrenzt ist. In den Beispielen der
Wie sich insbesondere den
Gemäß
In den
Gemäß
In den
Im Beispiel der
Die hier vorgestellte mobile Induktionsladeeinrichtung 1 ist gemäß den
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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DE 10 2019 212 277 A1 [0003]
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