DE102023201211A1 - Device for inductively charging a battery of a motor vehicle - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung beschreibt eine Vorrichtung (1) zum induktiven Laden einer Batterie eines Kraftfahrzeugs. Die erfindungsgemäße Vorrichtung (1) umfasst ein Gehäuse (10) mit einer Trägerplatte (11) und einer Deckplatte (12) und einen in dem Gehäuse (10) angeordneten Litzenträger (20), in dem eine aus einer Litze (21) gebildete Primärspule (22) angeordnet ist, um induktiv Energie auf eine Sekundärspule des Kraftfahrzeugs zu übertragen, wenn das Kraftfahrzeug über dem Gehäuse (10) steht und die Primärspule (22) und die Sekundärspule eine vorgegebene Ortsbeziehung zueinander aufweisen. Ferner ist eine in dem Gehäuse (10) angeordnete Ferritschicht (30) umfasst, die aus einer Vielzahl von Ferritkacheln (30K) gebildet ist, um eine gewünschte magnetische Feldführung und einen vorgegebenen Bereich einer Eigeninduktivität zu erhalten. Die Ferritkacheln (30K) sind einlagig in einer Ebene angeordnet. The invention describes a device (1) for inductively charging a battery of a motor vehicle. The device (1) according to the invention comprises a housing (10) with a carrier plate (11) and a cover plate (12) and a strand carrier (20) arranged in the housing (10), in which a primary coil (22) formed from a strand (21) is arranged in order to inductively transmit energy to a secondary coil of the motor vehicle when the motor vehicle is above the housing (10) and the primary coil (22) and the secondary coil have a predetermined spatial relationship to one another. Furthermore, a ferrite layer (30) arranged in the housing (10) is included, which is formed from a plurality of ferrite tiles (30K) in order to obtain a desired magnetic field guidance and a predetermined range of self-inductance. The ferrite tiles (30K) are arranged in a single layer in a plane.
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum induktiven Laden einer Batterie eines Kraftfahrzeugs.The invention relates to a device for inductively charging a battery of a motor vehicle.
Beim induktiven Laden einer Batterie eines Kraftfahrzeugs mittels einer Vorrichtung zum induktiven Laden, die auch als Leistungsübertrager bezeichnet wird, wird Energie mittels des Transformatorprinzips über Strecken von wenigen Zentimetern bis zu ca. 20 Zentimetern übertragen. Dabei entsteht zwischen einer äußeren Bodenspule (sog. Primärspule) des Leistungsübertragers und einer fahrzeugseitigen Unterbodenspule (sog. Sekundärspule) je nach Abstand, Aufbau und Leistung ein magnetisches Feld. Je besser die beiden Spulen aufeinander ausgerichtet sind, desto geringer ist ein magnetisches Streufeld (EMV), desto geringer ist eine magnetische Belastung für Menschen im Umfeld der Vorrichtung und/oder desto mehr Leistung kann in die Batterie des Fahrzeugs übertragen werden.When a motor vehicle battery is inductively charged using an inductive charging device, also known as a power transformer, energy is transferred over distances of a few centimeters to around 20 centimeters using the transformer principle. Depending on the distance, structure and power, a magnetic field is created between an external floor coil (so-called primary coil) of the power transformer and an underbody coil on the vehicle (so-called secondary coil). The better the two coils are aligned with each other, the lower the magnetic stray field (EMC), the lower the magnetic load for people in the vicinity of the device and/or the more power can be transferred to the vehicle's battery.
Der Wirkungsgrad bei der induktiven Energieübertragung hängt neben der Ausrichtung von äußerer Bodenspule und fahrzeugseitiger Unterbodenspule in Bezug ihre horizontale Distanz und ihren vertikalen Abstand auch von den elektromagnetischen Eigenschaften des Leistungsübertragers bzw. Übertragungssystems ab.The efficiency of inductive energy transfer depends not only on the alignment of the external floor coil and the vehicle-side underbody coil in relation to their horizontal distance and their vertical distance, but also on the electromagnetic properties of the power transformer or transmission system.
Die zu erreichenden elektromagnetischen Eigenschaften des Leistungsübertragers sind durch den Koppelfaktor sowie einen, auf die Leistungsklasse bezogenen, Induktivitätswert definiert. Eine solche Definition für einen bodenseitigen Leistungsübertrager zum induktiven Laden einer Batterie eines Kraftfahrzeugs mit einer Ladeleistung von weniger als 11 kW ist beispielsweise im internationalen Standard ISO/FDIS 19363 Annex B.2 beschrieben. Der konstruktive Aufbau des in diesem Standard beschriebenen Leistungsübertragers zum induktiven Laden ist in
Der Leistungsübertrager 1 (Vorrichtung zum induktiven Laden) umfasst ein Gehäuse 10 mit einer am Boden angeordneten Trägerplatte 11 und einer das Gehäuse nach oben abschließenden Deckplatte 12. Die Trägerplatte 11 besteht in der Regel aus einem Metall, z.B. Aluminium. Die Deckplatte 12 ist aus einem Material ausgeführt, das keine elektrisch leitfähigen Eigenschaften hat, wie z.B. Kunststoff oder GFK (Glasfaserverstärkter Kunststoff).The power transformer 1 (device for inductive charging) comprises a
In dem Gehäuse 10 ist ein Litzenträger 20 aus nichtleitendem Material (z.B. Kunststoff oder GFK) angeordnet. Der Litzenträger 20 weist eine in den Figuren nicht ersichtliche spiralförmige Nut auf, in die eine zu einer Primärspule 22 gewickelte Litze 21 eingelegt ist. Die Litze 21 ist somit, wie aus der schematischen Querschnittsdarstellung der
Unterhalb des Litzenträgers 20 ist eine Ferritschicht 30, die eine Vielzahl von Ferritkacheln 30K umfasst, vorgesehen. Gemäß dem im oben genannten Standard beschriebenen Referenzdesign sind die Ferritkacheln 30K stufenförmig angeordnet, wobei die mit dem Bezugszeichen 31 gekennzeichneten Kacheln in einer dem Litzenträger 20 zugeordneten ersten Ebene, die Ferritkacheln 32 in einer darunterliegenden zweiten Ebene und die Ferritkacheln 33 in einer der Trägerplatte 11 zugewandten dritten Ebene angeordnet sind (
Die Ferritkacheln 30K werden von einem Träger 25 gehalten. Der die Ferritkacheln 31, 32, 33 haltende Träger ist konstruktiv komplex und dadurch nur aufwendig herzustellen. Das die Ferritkacheln 30K aufnehmende Trägermaterial ist aufgrund der magnetischen Gegebenheiten aus einem Kunststoff oder einem anderen nicht elektrisch leitfähigen Material gebildet. Die in den drei Ebenen liegenden Ferritkacheln 31, 32, 33 haben unterschiedliche Abstände zu der Trägerplatte 11, wobei der Abstand der Ferritkacheln 33 in der dritten Ebene zu der Trägerplatte mit h1 bezeichnet ist. Der Abstand der Ferritkacheln 31 und 32 in der ersten und zweiten Ebene ist entsprechend höher.The
Der Abstand h1 ergibt sich aus den elektromagnetischen Eigenschaften des Leistungsübertragers 1. Dieser beträgt beim Referenzdesign des genannten Standards ca. 15 mm. Der Abstand h1 zwischen der Trägerplatte 11 und der untersten, dritten Ebene der Ferritkacheln bestimmt die thermische Leitfähigkeit, die aufgrund der Größe des Abstands h1 niedrig ist. Dadurch ist die Abfuhr der in der Primärspule entstehenden Verlustleistung unzureichend.The distance h 1 results from the electromagnetic properties of the power transformer 1. In the reference design of the standard mentioned, this is approximately 15 mm. The distance h 1 between the
Da somit die Temperatur in dem Träger 25 und den anderen Komponenten sehr hoch werden kann, ist es zweckmäßig, die Temperatur zu überwachen und bei Überschreiten einer maximal zulässigen Temperatur die Leistung des Leistungsübertragers 1 entsprechend zu verringern. Im Ergebnis ist die Leistungsfähigkeit des bodenseitigen Leistungsübertragers durch die elektrischen Betriebspunkte als auch durch die Umgebungsbedingungen eingeschränkt.Since the temperature in the
Alternativ kann die in dem Leistungsübertrager 1 entstehende Verlustleistung mit entsprechenden zusätzlichen (z.B. flüssigen) Kühlmedien abgeführt werden, wodurch an anderer Stelle mittels Wärmetausch Wärme an die Umgebung abgegeben werden kann. Der damit verbundene zusätzliche Aufwand steigert die Fertigungskosten in unerwünschter Weise. Ferner sind unter Umständen aufwändige und zyklische Wartungsarbeiten während der Produktlebensdauer erforderlich.Alternatively, the power loss arising in the power transformer 1 can be dissipated using appropriate additional (e.g. liquid) cooling media, whereby heat can be released to the environment elsewhere by means of heat exchange. The additional effort involved increases the manufacturing costs in an undesirable way. Furthermore, complex and cyclical maintenance work may be required during the product's service life.
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zum induktiven Laden einer Batterie eines Kraftfahrzeugs anzugeben, welche funktionell und/oder baulich derart verbessert ist, dass eine konstante Leistungsübertragung ohne aufwändige Mittel zur Wärmeabfuhr ermöglicht ist.It is an object of the invention to provide a device for inductively charging a battery of a motor vehicle, which is functionally and/or structurally improved in such a way that a constant power transmission is possible without complex means for heat dissipation.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung zum induktiven Laden gemäß den Merkmalen des Anspruches 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.This object is achieved by a device for inductive charging according to the features of claim 1. Advantageous embodiments emerge from the dependent claims.
Es wird eine Vorrichtung zum induktiven Laden einer Batterie eines Fahrzeugs vorgeschlagen. Die Vorrichtung stellt einen Leistungsübertrager dar, der auf dem Stellplatz eines Kraftfahrzeugs am Boden positioniert wird. Die Vorrichtung umfasst ein Gehäuse mit einer Trägerplatte und einer Deckplatte. Während die Trägerplatte aus einem metallischen Material, z.B. Aluminium, besteht, ist die Deckplatte aus einem elektrisch nicht leitfähigen Material, z.B. einem Kunststoff oder einem glasfaserverstärkten Kunststoff (GFK), gebildet. In dem Gehäuse ist ein Litzenträger angeordnet. In dem Litzenträger ist eine aus einer Litze gebildete Primärspule angeordnet, um induktiv Energie auf eine Sekundärspule des Kraftfahrzeugs zu übertragen, wenn das Kraftfahrzeug über dem Gehäuse steht und die Primärspule und die Sekundärspule eine vorgegebene Ortsbeziehung zueinander aufweisen. In dem Gehäuse ist eine Ferritschicht angeordnet, die aus einer Vielzahl von Ferritkacheln gebildet ist. Die Vielzahl von Ferritkacheln ermöglicht eine gewünschte magnetische Feldführung und die Einhaltung eines vorgegebenen Bereichs einer Eigeninduktivität, welche insbesondere in einem vordefinierten Toleranzband liegt. Die Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass die Ferritkacheln einlagig in einer einzigen Ebene angeordnet sind.A device for inductively charging a battery of a vehicle is proposed. The device represents a power transformer that is positioned on the ground in the parking space of a motor vehicle. The device comprises a housing with a carrier plate and a cover plate. While the carrier plate consists of a metallic material, e.g. aluminum, the cover plate is made of an electrically non-conductive material, e.g. a plastic or a glass fiber reinforced plastic (GRP). A strand carrier is arranged in the housing. A primary coil formed from a strand is arranged in the strand carrier in order to inductively transmit energy to a secondary coil of the motor vehicle when the motor vehicle is above the housing and the primary coil and the secondary coil have a predetermined spatial relationship to one another. A ferrite layer formed from a plurality of ferrite tiles is arranged in the housing. The plurality of ferrite tiles enables a desired magnetic field guidance and compliance with a predetermined range of self-inductance, which in particular lies in a predefined tolerance band. The device is characterized by the fact that the ferrite tiles are arranged in a single layer in a single plane.
Mit der einlagigen Anordnung der Ferritkacheln in einer Ebene kann der Abstand zwischen der Ferritschicht und der Trägerplatte reduziert werden. Dadurch kann der Pfad für die thermische Entwärmung so modifiziert werden, dass es möglich ist, ohne zusätzliches Kühlmedium rein mit passiver Entwärmung eine ausreichende Abfuhr von Verlustleistung zu gewährleisten. Gleichzeitig ist gewährleistet, dass die magnetischen Eigenschaften hinsichtlich Koppelfaktor und Eigeninduktivität den im internationalen Standard ISO/FDIS 19363 Annex B.2 beschriebenen Anforderungen genügen.With the single-layer arrangement of the ferrite tiles in one plane, the distance between the ferrite layer and the carrier plate can be reduced. This allows the path for thermal heat dissipation to be modified in such a way that it is possible to ensure sufficient dissipation of power losses with purely passive heat dissipation without an additional cooling medium. At the same time, it is ensured that the magnetic properties in terms of coupling factor and self-inductance meet the requirements described in the international standard ISO/FDIS 19363 Annex B.2.
Die in der Ferritschicht eingesetzten Ferritkacheln haben eine gleiche Dicke und weisen eine insbesondere rechteckige Form auf. Solche Ferritkacheln können in wenigen standardisierten Größen gefertigt werden, beispielsweise 100 mm × 150 mm, 100 mm × 50 mm und 100 mm × 100 mm. Durch die Verwendung von Ferritkacheln in wenigen standardisierten Größen wird eine einfache und kostengünstige Fertigung ermöglicht.The ferrite tiles used in the ferrite layer have the same thickness and are particularly rectangular in shape. Such ferrite tiles can be manufactured in a few standardized sizes, for example 100 mm × 150 mm, 100 mm × 50 mm and 100 mm × 100 mm. Using ferrite tiles in a few standardized sizes enables simple and cost-effective production.
Dadurch, dass gemäß einer zweckmäßigen Ausgestaltung die Ebene, in der die Ferritkacheln einlagig angeordnet sind, parallel zu der Trägerplatte und der Deckplatte verläuft, kann ein konstruktiv einfacher Aufbau sichergestellt werden. Dies wird dadurch ermöglicht, dass ein die Ferritanordnung aufnehmender Träger, der vorzugsweise als Spritzgussteil hergestellt ist, konstruktiv deutlich einfacher und kostengünstiger hergestellt werden kann.Because, according to an expedient embodiment, the plane in which the ferrite tiles are arranged in a single layer runs parallel to the carrier plate and the cover plate, a structurally simple structure can be ensured. This is made possible by the fact that a carrier that accommodates the ferrite arrangement, which is preferably manufactured as an injection-molded part, can be manufactured in a structurally much simpler and more cost-effective manner.
Es ist weiterhin zweckmäßig, wenn einander gegenüberliegende Kanten zweier benachbarter Ferritkacheln in einer in der Ebene liegenden Richtung einen vorgegebenen Abstand zueinander aufweisen. Durch die Beabstandung benachbarter Ferritkacheln zueinander können Fertigungstoleranzen der Ferritkacheln ausgeglichen werden. Da diese aus einem sehr spröden Material gebildet und damit empfindlich gegenüber mechanischen Belastungen sind, können Beschädigungen der Kanten der Ferritkacheln während der Fertigung sowie aufgrund dynamischer Belastungen beim Überfahren der Vorrichtung durch das Kraftfahrzeug vermieden werden. Hierdurch kann die Zuverlässigkeit der induktiven Ladevorrichtung im Gesamten gesteigert werden.It is also useful if opposing edges of two adjacent ferrite tiles are spaced a predetermined distance apart in a direction lying in the plane. By spacing adjacent ferrite tiles apart, manufacturing tolerances of the ferrite tiles can be compensated. Since these are made of a very brittle material and are therefore sensitive to mechanical stress, damage to the edges of the ferrite tiles during production and due to dynamic stress when the vehicle drives over the device can be avoided. This can increase the reliability of the inductive charging device as a whole.
Zweckmäßigerweise beträgt der Abstand zwischen zwei einander gegenüberliegenden Kanten etwa 2 bis 3 mm. Grundsätzlich ist man bestrebt, den zwischen zwei benachbarten Kacheln gebildeten Abstand so gering wie möglich zu machen, um Wirbelstromverluste zu vermeiden. Versuche haben gezeigt, dass ein Abstand im genannten Bereich sowohl mechanische Anforderungen als auch elektromagnetische Anforderungen hinreichend erfüllt.The distance between two opposite edges is preferably about 2 to 3 mm. Basically, the aim is to The distance between two adjacent tiles should be as small as possible to avoid eddy current losses. Tests have shown that a distance in the above range satisfies both mechanical and electromagnetic requirements.
Es ist weiterhin zweckmäßig, wenn die Ferritschicht die aus der Litze gebildete Primärspule in jeder Erstreckungsrichtung der Ebene überragt. Mit anderen Worten ragen Abschnitte derjenigen Ferritkacheln, die an Außenpositionen der Ferritschicht angeordnet sind, in einer Draufsicht über die Ränder der Primärspule hinaus und bilden einen Rahmen um die Primärspule. Dies ermöglicht es, die geforderten magnetischen Eigenschaften der induktiven Ladevorrichtung wie im Referenzdesign einzuhalten.It is also expedient if the ferrite layer projects beyond the primary coil formed from the strand in every direction of extension of the plane. In other words, sections of those ferrite tiles that are arranged at outer positions of the ferrite layer project beyond the edges of the primary coil in a plan view and form a frame around the primary coil. This makes it possible to maintain the required magnetic properties of the inductive charging device as in the reference design.
Gemäß einer weiteren zweckmäßigen Ausgestaltung sparen die Ferritkacheln in der Ebene der Ferritschicht einen Zentralbereich aus, durch den Litzenanschlüsse der Primärspule geführt sind. Die in dem Zentralbereich vorgesehene Aussparung beeinflusst die magnetische Feldführung und die geforderte Eigeninduktivität dabei nicht, wie in Simulationen nachgewiesen wurde. Der elektrische Anschluss der Primärspule kann durch diese Ausgestaltung auf einfache Weise von der Unterseite der Ladevorrichtung her vorgenommen werden. According to a further practical design, the ferrite tiles leave a central area in the plane of the ferrite layer through which the stranded wire connections of the primary coil are routed. The recess provided in the central area does not influence the magnetic field guidance and the required self-inductance, as has been demonstrated in simulations. The electrical connection of the primary coil can be made easily from the underside of the charging device thanks to this design.
Während die Ferritschicht in dem Gehäuse zwischen der Trägerplatte und dem Litzenträger angeordnet ist, grenzt die Ferritschicht an den Litzenträger an, wobei ein zwischen der Ferritschicht und der Primärspule verbleibender Spalt mit einem Vergussmaterial aus nichtleitendem Material gefüllt ist. Der Spalt weist dabei insbesondere eine Dicke auf, die kleiner als die Dicke der Primärspule ist. Gegenüber dem im internationalen Standard beschriebenen Referenzdesign kann der Spalt geringer ausgeführt werden.While the ferrite layer is arranged in the housing between the carrier plate and the strand carrier, the ferrite layer borders on the strand carrier, with a gap remaining between the ferrite layer and the primary coil being filled with a potting material made of non-conductive material. The gap has a thickness that is smaller than the thickness of the primary coil. Compared to the reference design described in the international standard, the gap can be made smaller.
Es ist weiterhin zweckmäßig, wenn der Abstand zwischen der Ferritschicht und der Trägerplatte größer oder wesentlich größer als der Abstand zwischen der Ferritschicht und der Deckplatte ist. Es hat sich gezeigt, dass der Abstand zwischen der Ferritschicht und der Deckplatte auf etwa 2 mm reduziert werden kann, während der Abstand zwischen der Ferritschicht und der Trägerplatte 6 mm beträgt.It is also useful if the distance between the ferrite layer and the carrier plate is greater or significantly greater than the distance between the ferrite layer and the cover plate. It has been shown that the distance between the ferrite layer and the cover plate can be reduced to about 2 mm, while the distance between the ferrite layer and the carrier plate is 6 mm.
Gegenüber dem im internationalen Standard beschriebenen Referenzdesign kann dadurch die Gesamthöhe der Vorrichtung zum induktiven Laden wesentlich verringert werden. Insbesondere sorgt der im Vergleich wesentlich geringere Abstand zwischen der Ferritschicht und der Trägerplatte für eine einfachere Abfuhr von Verlustwärme, die beim Betrieb in der Primärspule entsteht.Compared to the reference design described in the international standard, the overall height of the inductive charging device can be significantly reduced. In particular, the comparatively much smaller distance between the ferrite layer and the carrier plate ensures easier dissipation of waste heat that occurs in the primary coil during operation.
Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren näher beschrieben. Es zeigen:
-
1 eine perspektivische, auseinandergezogene Darstellung einer aus dem Stand der Technik bekannten Vorrichtung zum induktiven Laden mit einer Leistung von bis zu 11 kW; -
2 eine schematische Querschnittsdarstellung des Aufbaus der in1 dargestellten Vorrichtung; -
3 eine schematische Querschnittsdarstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum induktiven Laden mit elektrischen Eigenschaften, die denen des Referenzdesigns aus1 und2 entsprechen; und -
4 eine Draufsicht auf die Anordnung einer Vielzahl von Ferritkacheln zur Ausbildung einer Ferritschicht in der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
-
1 a perspective, exploded view of a device known from the prior art for inductive charging with a power of up to 11 kW; -
2 a schematic cross-sectional view of the structure of the1 device shown; -
3 a schematic cross-sectional view of a device according to the invention for inductive charging with electrical properties that correspond to those of the reference design from1 and2 correspond; and -
4 a plan view of the arrangement of a plurality of ferrite tiles for forming a ferrite layer in the device according to the invention.
Die Vorrichtung 1 umfasst demgemäß ein Gehäuse 10 mit einer Trägerplatte 11 und einer Deckplatte 12. Die Trägerplatte 11 besteht aus Stabilitätsgründen aus einem Metall, insbesondere Aluminium. Die Deckplatte 12 besteht aus einem elektrischen nichtleitenden Material, wie z.B. einem Kunststoff oder einem mit Glasfaser verstärkten Kunststoff (GFK). Dadurch kann die Vorrichtung 1, die auf einem Stellplatz für das induktive Laden der Batterie des Kraftfahrzeugs positioniert ist, auch von dem Kraftfahrzeug überfahren werden, ohne beschädigt zu werden.The device 1 accordingly comprises a
In dem Gehäuse 10 sind unterhalb der Deckplatte 12 ein Litzenträger 20 und eine Ferritschicht 30 angeordnet. In dem Litzenträger 20 ist eine spiralförmige Nut eingebracht, in der eine aus einer Litze 21 gebildete Primärspule 22 angeordnet ist. Die Litze 21 ist, wie aus der schematischen Querschnittsdarstellung der
Oberhalb der Vorrichtung 1 ist ein Koordinatensystem dargestellt, welches drei orthogonal zueinander ausgerichtete Achsen x, y und z umfasst und die Position der Vorrichtung 1 im Raum definiert. Die Hauptflächen des Gehäuses, d.h. die Trägerplatte 11 und die Deckplatte 12, sind parallel zu einer durch die x-Achse und y-Achse aufgespannten Ebene angeordnet. Die senkrecht dazu stehende z-Achse zeigt die relativ zum Boden des Stellplatzes angeordnete Hochachse, wobei diese vom Boden, auf dem die Vorrichtung 1 angeordnet ist, weg weist.Above the device 1, a coordinate system is shown, which shows three orthogonal axes x, y and z aligned with one another and defines the position of the device 1 in space. The main surfaces of the housing, ie the
Zwischen dem die Primärspule 22 aufnehmenden Litzenträger 20 und der Trägerplatte 11 ist die Ferritschicht 30 auf oder in einem Träger 25 angeordnet. Der Träger 25 ist insbesondere als Spritzgussbauteil aus einem Kunststoff ausgeführt. Die Ferritschicht 30 ist in bekannter Weise aus einer Vielzahl von Ferritkacheln 30K gebildet. Die Ferritkacheln 30K sind, wie dies aus der Querschnittsdarstellung der
Die Ferritkacheln 30K sind mit geringem Abstand zueinander in regelmäßiger Weise angeordnet, wie dies insbesondere aus der Draufsicht der
In diesem Ausführungsbeispiel sind beispielhaft fünf Ferritkacheln in x-Richtung und fünf Ferritkacheln in y-Richtung angeordnet. Die Ferritkacheln 30K weisen dabei jeweils eine rechteckige Form auf, wobei innerhalb der Ferritschicht 30 Ferritkacheln unterschiedlicher, jedoch standardisierte, Grö-ße angeordnet sind. Die Ferritkacheln 30K in der obersten und untersten Reihe (in x-Richtung) weisen hier eine Größe von 100 mm × 150 mm. Die Ferritkacheln 30K, die in der zweiten bis vierten Reihe und in der ersten, zweiten, vierten und fünften Spalte (in y-Richtung) angeordnet sind, weisen ein Größe von 100 mm × 100 mm auf. Die Ferritkacheln 30K, die in der zweiten und vierten Reihe und in der dritten Spalte angeordnet sind, weisen ein Größe von 100 mm × 50 mm auf.In this exemplary embodiment, five ferrite tiles are arranged in the x-direction and five ferrite tiles in the y-direction. The
Die Anzahl der Ferritkacheln sowie die Festlegung der jeweiligen Größen bemisst sich allgemein nach der Fläche der Ferritschicht und den zu erzielenden magnetischen Eigenschaften, um eine magnetische Feldführung zu erhalten und die Eigeninduktivität in einem vorgegebenen Toleranzbereich realisieren zu können.The number of ferrite tiles and the determination of their respective sizes are generally determined by the area of the ferrite layer and the magnetic properties to be achieved in order to obtain a magnetic field guide and to be able to realize the self-inductance within a specified tolerance range.
Da die Ferritkacheln aus einem spröden Material, z.B. N95 der Firma Epcos TDK, gefertigt sind, sind diese mit einem Abstand zueinander angeordnet. Im Ausführungsbeispiel gemäß
Die Ferritkacheln 30K sind in der Ferritschicht 30 derart angeordnet, dass in einem Zentralbereich ein Bereich ohne Ferritkachel vorliegt. Durch diesen Bereich können nicht gezeigte Litzenanschlüsse der Primärspule 22 in Richtung der Trägerplatte 11 zu ebenfalls nicht gezeigten Anschlusselementen geführt werden.The
Die einlagige Anordnung der Ferritkacheln 30K bringt den Vorteil mit sich, dass der Abstand zwischen der Ferritschicht 30 und der Trägerplatte 11 (Abstand h2) kleiner gewählt werden kann, als dies beim Referenzdesign gemäß
Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass aufgrund der im Vergleich geringeren Höhe h2 zwischen Ferritschicht 30 und Trägerplatte 11 eine Entwärmung der Primärspule 22 bzw. Abfuhr von Verlustwärme der Primärspule 22 ohne aktive Kühlmaßnahmen in Richtung der metallischen Trägerplatte 11 erfolgen kann. Demgegenüber ist es beim Referenzdesign gemäß
Eine weitere Veränderung, welche es ermöglicht, mit einlagigem Aufbau der Ferritkacheln 30K in einer Ebene gleiche magnetische Eigenschaften hinsichtlich magnetischer Feldführung, Eigeninduktivität und Koppelfaktor zu realisieren, besteht darin, dass die von der Ferritschicht 30 eingenommene Fläche im äußeren Randbereich über die äußeren Ränder der Primärspule in dem Litzenträger 20 ragt. Dies ist in
Obwohl in der Querschnittsdarstellung von
Die einlagige Anordnung der Ferritkacheln 30K in einer Ebene ermöglicht einen vereinfachten Aufbau des Trägers 25 im Hinblick auf seine mechanische Konstruktion und mechanische Belastbarkeit hinsichtlich Überfahrbarkeit. Zudem kann, da die Ferritschicht 30 mit Ferritkacheln 30K in standardisierter Größe gebildet werden kann, die Anzahl der notwendigen Ferritkacheln verringert werden. Komplexe mechanische Strukturen, welche eine hinreichende thermische Leitfähigkeit aufweisen müssen, können vermieden werden. Insgesamt lässt sich die Vorrichtung zum induktiven Laden somit einfacher und kostengünstiger fertigen.The single-layer arrangement of the
Unabhängig vom grammatikalischen Geschlecht eines bestimmten Begriffes sind Personen mit männlicher, weiblicher oder anderer Geschlechteridentität mit umfasst.Regardless of the grammatical gender of a particular term, persons with male, female or other gender identity are included.
BezugszeichenlisteList of reference symbols
- 11
- Vorrichtung zum induktiven Laden (Leistungsübertrager)Device for inductive charging (power transformer)
- 1010
- GehäuseHousing
- 1111
- TrägerplatteCarrier plate
- 1212
- DeckplatteCover plate
- 2020
- LitzenträgerStrand carrier
- 2121
- LitzeStrand
- 2222
- PrimärspulePrimary coil
- 2323
- Spalt/AbstandGap/distance
- 2424
- VergussmaterialCasting material
- 2525
- Trägercarrier
- 3030
- FerritschichtFerrite layer
- 30K30K
- FerritkachelnFerrite tiles
- 30K1, 30K2, 30K330K1, 30K2, 30K3
-
Kanten der Ferritkachel 30KEdges of the
ferrite tile 30K - 3131
- Ferritkachel in erster EbeneFerrite tile in first level
- 3232
- Ferritkachel in zweiter EbeneFerrite tile in second level
- 3333
- Ferritkachel in dritter EbeneFerrite tile in third level
- 3434
- Zentralbereich ohne FerritkachelCentral area without ferrite tile
- h1, h2h1, h2
- Abstand zwischen Ferritschicht und TrägerplatteDistance between ferrite layer and carrier plate
- d1, d2d1, d2
- Abstand zwischen Ferritschicht und LitzenträgerDistance between ferrite layer and strand carrier
- d3d3
- ÜberstandOverhang
Claims (10)
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|---|---|---|---|
| DE102023201211.1A DE102023201211A1 (en) | 2023-02-14 | 2023-02-14 | Device for inductively charging a battery of a motor vehicle |
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Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE102023201211.1A DE102023201211A1 (en) | 2023-02-14 | 2023-02-14 | Device for inductively charging a battery of a motor vehicle |
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Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
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2023
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-
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