Title:
Kraftfahrzeug und Verfahren zur induktiven Energieübertragung
Kind Code:
A1


Abstract:

Die Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug (10) mit zumindest einer Induktionsspule (20) und mit wenigstens einem Magnetfeldrichtelement (30, 40), mittels welchem ein, bei einer induktiven Energieübertragung zwischen einer externen Energieübertragungsvorrichtung (90) und der Induktionsspule (20) erzeugtes Magnetfeld (50) gegenüber der zumindest einen Induktionsspule (20) ausrichtbar und/oder führbar ist, wobei das wenigstens eine Magnetfeldrichtelement (30, 40) relativ zu der zumindest einen Induktionsspule (20) bewegbar ausgebildet ist. Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zur induktiven Energieübertragung zwischen einer externen Energieübertragungsvorrichtung (90) und einer Induktionsspule (20) eines Kraftfahrzeugs (10). embedded image




Inventors:
Achhammer, Siegfried (93049, Regensburg, DE)
Albl, Sebastian (85080, Gaimersheim, DE)
Application Number:
DE102017001285A
Publication Date:
08/16/2018
Filing Date:
02/10/2017
Assignee:
AUDI AG, 85057 (DE)
International Classes:
Domestic Patent References:
DE102015016098A1N/A2016-06-23
DE102015008983A1N/A2016-02-04
DE102015111852A1N/A2016-02-04
DE102014015192A1N/A2015-04-23
DE102011089339A1N/A2013-06-27
DE2916558A1N/A1979-12-13



Foreign References:
39145621975-10-21
WO2011110620A22011-09-15
WO2014174358A22014-10-30
WO2015067816A12015-05-14
JP2012120288A2012-06-21
Other References:
JP 2012- 120 288 A (Maschinenübersetzung), AIPN, [online], JPO [abgerufen am 08.02.2018]
Claims:
Kraftfahrzeug (10) mit zumindest einer Induktionsspule (20) und mit wenigstens einem Magnetfeldrichtelement (30, 40), mittels welchem ein, bei einer induktiven Energieübertragung zwischen einer externen Energieübertragungsvorrichtung (90) und der Induktionsspule (20) erzeugtes Magnetfeld (50) gegenüber der zumindest einen Induktionsspule (20) ausrichtbar und/oder führbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Magnetfeldrichtelement (30, 40) relativ zu der zumindest einen Induktionsspule (20) bewegbar ausgebildet ist.

Kraftfahrzeug (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Verstelleinheit (60) vorgesehen ist, mittels welcher das Magnetfeldrichtelement (30, 40) wenigstens zwischen einer Gebrauchsposition (32, 42), in welcher das Magnetfeld (50) mittels des Magnetfeldrichtelements (30, 40) relativ zu der Induktionsspule (20) ausrichtbar und/oder führbar ist und einer Nichtgebrauchsposition (34, 44) bewegbar ist.

Kraftfahrzeug (10) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Magnetfeldrichtelement (30, 40) die Induktionsspule (20) zumindest in der Nichtgebrauchsposition (34, 44) in Fahrzeuglängsrichtung (L) und/oder in Fahrzeugquerrichtung (Q) wenigstens bereichsweise überdeckt.

Kraftfahrzeug (10) nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstelleinheit (60) wenigstens einen, mit dem Magnetfeldrichtelement (30, 40) gekoppelten Stellmotor (62, 64) aufweist, mittels welchem das Magnetfeldrichtelement (30, 40) zumindest zwischen der Gebrauchsposition (32, 42) und der Nichtgebrauchsposition (34, 44) bewegbar ist.

Kraftfahrzeug (10) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet; dass die Verstelleinheit (60) wenigstens ein Führungselement (66) aufweist, entlang welchem das Magnetfeldrichtelement (30, 40) bewegbar und dabei zwischen der Gebrauchsposition (32, 42) und der Nichtgebrauchsposition (34, 44) verlagerbar ist.

Kraftfahrzeug (10) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Führungselement (66) wenigstens zwei Elementabschnitte (68, 70) aufweist, welche zumindest im Wesentlichen parallel zueinander orientiert sind und welche durch einen, wenigstens bereichsweise gekrümmten Verbindungsabschnitt (72) miteinander verbunden sind.

Kraftfahrzeug (10) nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Führungselement (66) als Führungsschiene ausgebildet ist.

Kraftfahrzeug (10) nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei Magnetfeldrichtelemente (30, 40) vorgesehen sind, zwischen welchen die Induktionsspule (20) in Fahrzeugquerrichtung (Q) und/oder in Fahrzeuglängsrichtung (L) zumindest in der Nichtgebrauchsposition (34, 44) der wenigstens zwei Magnetfeldrichtelemente (30, 40) angeordnet ist.

Kraftfahrzeug (10) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens zwei Magnetfeldrichtelemente (30, 40) in deren Gebrauchsposition (32, 42) die Induktionsspule (20) in Fahrzeughochrichtung (H) zumindest bereichsweise überdecken.

Verfahren zur induktiven Energieübertragung zwischen einer externen Energieübertragungsvorrichtung (90) und einer Induktionsspule (20) eines Kraftfahrzeugs (10) durch ein zwischen der externen Energieübertragungsvorrichtung (90) und der Induktionsspule (20) erzeugtes Magnetfeld (50), wobei wenigstens ein Magnetfeldrichtelement (30, 40) des Kraftfahrzeugs (10) zum Ausrichten und/oder Führen des Magnetfelds (50) relativ zu der zumindest einen Induktionsspule (20) bewegt wird.

Description:

Die Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug mit zumindest einer Induktionsspule und mit wenigstens einem Magnetfeldrichtelement, mittels welchem ein, bei einer induktiven Energieübertragung zwischen einer externen Energieübertragungsvorrichtung und der Induktionsspule erzeugtes Magnetfeld gegenüber der zumindest einen Induktionsspule ausrichtbar und/oder führbar ist. Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zur induktiven Energieübertragung zwischen einer externen Energieübertragungsvorrichtung und einer Induktionsspule eines Kraftfahrzeugs.

Eine derartige induktive Energieübertragung zwischen einer externen Energieübertragungsvorrichtung und einem Fahrzeug ist dem Stand der Technik bereits als bekannt zu entnehmen. Derartige Induktionsspulen können beispielsweise zusammen mit einer induktiven Ladeplatte an einem Unterboden des Fahrzeugs angeordnet sein.

Um die induktive Energieübertragung effizienter durchzuführen, sind aus dem Stand der Technik Systeme bekannt, bei welchem ein Abstand zwischen der Induktionsspule und der Energieübertragungsvorrichtung vor der Energieübertragung eingestellt und vor allem verkürzt werden kann.

Aus der WO 2014/174358 A2 ist eine Energieaufnahmevorrichtung bekannt, welche beweglich an einem Kraftfahrzeug aufgenommen ist. Die Energieaufnahmevorrichtung umfasst einen Ferritkern, sowie eine, den Ferritkern umgebende Spuleneinheit. Um den Abstand zu einer externen Ladespule zu verringern, ist die Energieaufnahmevorrichtung zur induktiven Energieübertragung zwischen der Ladespule und der Energieaufnahmevorrichtung relativ zu dem Kraftfahrzeug absenkbar.

Die DE 29 16 558 A1 beschreibt ein Fahrzeug mit einer Energieaufnahmeeinrichtung zur Aufnahme von induktiv übertragener Energie. Die Energieaufnahmeeinrichtung kann gegenüber dem Fahrzeug angehoben und gesenkt werden. Dadurch kann die Energieaufnahmeeinrichtung derart gegenüber einer externen Energiequelle angeordnet werden, dass ein Luftspalt zwischen der Energieaufnahmeeinrichtung und einem Kern der Energiequelle besonders klein gehalten werden kann, um eine Energieübertragungsleistung bei einer induktiven Energieübertragung zwischen der Energiequelle und der Energieaufnahmeeinrichtung zu verbessern.

Die US 3914562 A zeigt eine Aufnahmevorrichtung zur Aufnahme von bei einem induktiven Ladevorgang übertragener Energie. Die Aufnahmevorrichtung umfasst eine Aufnahmespule und ist bewegbar an einem Fahrzeug aufgenommen.

Aus der DE 10 2015 008 983 A1 ist eine Ladeplattenanordnung bekannt, welche ein Gehäuse umfasst, in welchem ein Ferrit und eine Sekundärwicklung zur Aufnahme induktiv übertragener Energie angeordnet sind.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Kraftfahrzeug sowie ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, welche eine besonders aufwandsarme Ausrichtung eines Magnetfelds bei einer induktiven Energieübertragung ermöglichen.

Diese Aufgabe wird durch ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 10 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind durch die Unteransprüche gegeben.

Die Erfindung geht von einem Kraftfahrzeug mit zumindest eine Induktionsspule und mit wenigstens einem Magnetfeldrichtelement, mittels welchem ein bei einer induktiven Energieübertragung zwischen einer externen Energieübertragungsvorrichtung und der Induktionsspule erzeugtes Magnetfeld gegenüber der zumindest einen Induktionsspule ausrichtbar und/oder führbar ist, aus. Unter „Ausrichten“ ist zu verstehen, dass Feldlinien des Magnetfeldes mittels des Magnetfeldrichtelements in eine für die induktive Energieübertragung besonders günstige (wirkungsgradoptimale) Richtung orientiert werden können. Unter „Führen“ ist zu verstehen, dass das Magnetfeldrichtelement Feldlinien des Magnetfeldes zumindest über einen besonders großen Anteil eines Abstandes zwischen der externen Energieübertragungsvorrichtung und der Induktionsspule bei der induktiven Energieübertragung beeinflusst. Dieses „Führen“ kann derart erfolgen, dass bei der induktiven Energieübertragung lediglich ein minimaler Luftspalt zwischen der Induktionsspule und der externen Energieübertragungsvorrichtung vorliegt. Das Magnetfeldrichtelement kann beispielsweise als Ferritelement ausgebildet sein, um nur ein Beispiel zu nennen. Das Magnetfeldrichtelement kann auch dazu ausgebildet sein, das Magnetfeld bei der induktiven Energieübertragung zu formen, zu konzentrieren und zusätzlich oder alternativ zu verstärken. Unter „konzentrieren“ kann zu verstehen sein, dass jeweilige Magnetfeldlinien des Magnetfelds infolge des Konzentrierens näher zusammenrücken und damit beispielsweise durch das Magnetfeldrichtelement gebündelt werden können.

Die Induktionsspule des Kraftfahrzeugs kann allgemein auch als Sekundärspule bezeichnet werden, wohingegen die externe Energieübertragungsvorrichtung als Primärspule zur induktiven Energieübertragung an die Sekundärspule (Induktionsspule des Kraftfahrzeugs) bezeichnet werden kann.

Gemäß der Erfindung ist das wenigstens eine Magnetfeldrichtelement relativ zu der zumindest einen Induktionsspule bewegbar ausgebildet. Dadurch kann in vorteilhafter Weise das Magnetfeldrichtelement zur induktiven Energieübertragung relativ zu der (fahrzeugseitigen) Induktionsspule ausgerichtet werden, wobei die Induktionsspule hierbei fahrzeugfest an dem Kraftfahrzeug fixiert bleiben kann. Um das Magnetfeld zur induktiven Energieübertragung optimal auszurichten und zusätzlich oder alternativ zu führen reicht es somit aus, das Magnetfeldrichtelement relativ zu der Induktionsspule in eine für die induktive Energieübertragung optimale Position zu bewegen, wohingegen die Induktionsspule an Ort und Stelle verbleiben kann.

Dadurch ist insgesamt eine besonders aufwandsarme Ausrichtung des Magnetfelds bei der induktiven Energieübertragung ermöglicht, zumal - im Gegensatz zu aus dem Stand der Technik bekannten Systemen - lediglich das wenigstens eine Magnetfeldrichtelement zur wirkungsgradoptimalen Ausrichtung des Magnetfelds bewegt wird, wohingegen die Induktionsspule nicht mitbewegt werden muss. Dadurch ist ein besonders energiesparendes Bewegen möglich. Ein weiterer Vorteil hierbei ist, dass die Induktionsspule - im Gegensatz zu aus dem Stand der Technik bekannten Systemen - auch bei einem Ladevorgang, also bei der induktiven Energieübertragung unbeweglich an dem Kraftfahrzeug verbleiben (in an dem Kraftfahrzeug fixierter Lage) bleiben kann, sodass die Induktionsspule permanent vor Beschädigungen oder Umwelteinflüssen geschützt bleiben kann. Dadurch ist die Induktionsspule besonders störungsunempfindlich. Ein besonderer Vorteil ist hierbei, dass jeweilige, die Induktionsspule mit einem fahrzeuginternen Energiespeicher verbindende Kabel ortsfest am Fahrzeug verbleiben können. Anders als bei aus dem Stand der Technik bekannten Systemen, bei welchen die Induktionsspule zur Energieübertragung bewegt wird, kann durch die fahrzeugfest angeordnete Induktionsspule ein Bewegen der Kabel entfallen. Der fahrzeuginterne Energiespeicher kann als Hochvoltbatterie ausgebildet sein kann und kann auch als „Akku“ bezeichnet werden.

Die Induktionsspule kann beispielsweise in einer Einbuchtung des Kraftfahrzeugs zumindest bereichsweise eingeführt und dadurch in einer besonders geschützten Lage festgelegt sein. Die Induktionsspule kann einen Ferritkern umgeben und von einer induktiven Leiterplatte bedeckt sein, sodass die Induktionsspule besonders sicher vor etwaigen Beschädigungen geschützt ist. Die Einbuchtung kann beispielsweise an einem Unterboden des Kraftfahrzeugs angeordnet sein.

In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist eine Verstelleinheit vorgesehen, mittels welcher das Magnetfeldrichtelement wenigstens zwischen einer Gebrauchsposition, in welcher das Magnetfeld mittels des Magnetfeldrichtelements relativ zu der Induktionsspule ausrichtbar und/oder führbar ist und einer Nichtgebrauchsposition bewegbar ist. Dies ist von Vorteil, da die Verstelleinheit ein besonders aufwandsarmes Bewegen des wenigstens einen Magnetfeldrichtelements zwischen der Gebrauchsposition und der Nichtgebrauchsposition ermöglicht. In der Nichtgebrauchsposition kann das wenigstens eine Magnetfeldrichtelement zumindest bereichsweise in eine Ausnehmung des Kraftfahrzeugs eingeführt sein, wodurch ein besonders platzsparendes Verstauen des Magnetfeldrichtelements in dessen Nichtgebrauchsposition ermöglicht ist. In der Nichtgebrauchsposition kann das Magnetfeldrichtelement beispielsweise in Fahrzeuglängsrichtung oder in Fahrzeughochrichtung von der Induktionsspule beabstandet sein, wodurch eine verfügbarer Bauraum im Kraftfahrzeug besonders gut genutzt werden kann.

Das Magnetfeldrichtelement kann sowohl relativ zu der Induktionsspule als auch relativ zu einer etwaigen, die Induktionsspule bedeckenden induktiven Ladeplatte bewegbar ausgebildet sein.

In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung. überdeckt das Magnetfeldrichtelement die Induktionsspule zumindest in der Nichtgebrauchsposition in Fahrzeuglängsrichtung und/oder in Fahrzeugquerrichtung wenigstens bereichsweise. Dies ist von Vorteil, da das wenigstens eine Magnetfeldrichtelement und die Induktionsspule somit zumindest in der Nichtgebrauchsposition des wenigstens einen Magnetfeldrichtelements nebeneinander und damit besonders platzsparend am Kraftfahrzeug angeordnet sein können. Die Verstelleinheit kann also allgemein dazu ausgebildet sein, das wenigstens eine Magnetfeldrichtelement zumindest bereichsweise in Fahrzeughochrichtung relativ zu der Induktionsspule zu verlagern. Zudem kann die Verstelleinheit dazu ausgebildet sein, das wenigstens eine Magnetfeldrichtelement zumindest bereichsweise in der Fahrzeugquerrichtung und zusätzlich oder alternativ in der Fahrzeuglängsrichtung gegenüber der zumindest einen Induktionsspule zu verlagern.

In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist die Verstelleinheit wenigstens einen, mit dem Magnetfeldrichtelement gekoppelten Stellmotor auf, mittels welchem das Magnetfeldrichtelement zumindest zwischen der Gebrauchsposition und der Nichtgebrauchsposition bewegbar ist. Dies ist von Vorteil, da durch das Koppeln des Stellmotors mit dem Magnetfeldrichtelement eine besonders unmittelbare Bewegung des wenigstens einen Magnetfeldrichtelements ermöglicht ist. Der Stellmotor kann beispielsweise in unmittelbarer Anlage mit dem wenigstens einen Magnetfeldrichtelement sein, wodurch auf weitere Koppelelemente zwischen dem Stellmotor und dem wenigstens einen Magnetfeldrichtelement verzichtet werden kann; Dadurch ist insgesamt ein besonders einfaches und aufwandsarmes Bewegen des wenigstens einen Magnetfeldrichtelements mittels des Stellmotors ermöglicht.

Das wenigstens eine Magnetfeldrichtelement kann auch durch eine Schwenkbewegung mittels des wenigstens einen Stellmotors zwischen der Gebrauchsposition und der Nichtgebrauchsposition bewegbar ausgebildet sein. Bevorzugt kann bei dieser Schwenkbewegung ein Umdrehen des Magnetfeldrichtelements erfolgen. Bei dieser Schwenkbewegung kann das Magnetfeldrichtelement also beispielsweise um eine Ladestelle gedreht werden, wobei beispielsweise eine Drehung des Magnetfeldrichtelements um 180° erfolgen kann.

Die Lagerstelle kann an einem Randbereich beziehungsweise Eckbereich des wenigstens einen Magnetfeldrichtelements angeordnet sein, wodurch bei der Schwenkbewegung ein gleichzeitiges Bewegen des wenigstens einen Magnetfeldrichtelements beispielsweise in Fahrzeughochrichtung und in Fahrzeugquerrichtung oder in Fahrzeuglängsrichtung erfolgen kann. Die Schwenkbewegung kann allgemein als Drehbewegung um diese Lagerstelle zu verstehen sein. Durch die Schwenkbewegung (Drehung) um beispielsweise 180° kann ein Versatz des Magnetfeldrichtelements in Fahrzeughochrichtung als auch in Fahrzeuglängsrichtung und zusätzlich oder alternativ in Fahrzeugquerrichtung bewirkt werden. Damit ist in vorteilhafter Weise durch die reine Schwenkbewegung ein Versetzen des Magnetfeldrichtelements in verschiedene Fahrzeugrichtungen ermöglicht.

Insbesondere kann bei dieser Schwenkbewegung ein translationsfreies Bewegen des wenigstens einen Magnetfeldrichtelements erfolgen. Mit anderen Worten kann bei der Schwenkbewegung eine reine Drehung des Magnetfeldrichtelements zwischen dessen Gebrauchsposition und dessen Nichtgebrauchsposition durchgeführt werden.

In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist die Verstelleinheit wenigstens ein Führungselement auf, entlang welchem das Magnetfeldrichtelement bewegbar und dabei zwischen der Gebrauchsposition und der Nichtgebrauchsposition verlagerbar ist. Dies ist von Vorteil, da mittels eines derartigen Führungselements ein besonders sicheres und exaktes Bewegen des wenigstens einen Magnetfeldrichtelements zwischen der Gebrauchsposition und der Nichtgebrauchsposition ermöglicht ist. Das wenigstens eine Magnetfeldrichtelement kann beispielsweise an einer oder mehreren Lagerstellen gegenüber dem Führungselement gelagert sein.

In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist das wenigstens eine Führungselement wenigstens zwei Elementabschnitte auf, welche zumindest im Wesentlichen parallel zueinander orientiert sind und welche durch einen wenigstens bereichsweise gekrümmten Verbindungsabschnitt miteinander verbunden sind. Dies ist von Vorteil, da durch das Führungselement somit eine Bewegen des wenigstens einen Magnetfeldrichtelements in verschiedene Richtungen also beispielsweise in Fahrzeughochrichtung, Fahrzeugquerrichtung und zusätzlich oder alternativ in Fahrzeuglängsrichtung ermöglicht ist. Die wenigstens zwei Elementabschnitte können bevorzugt voneinander beabstandet sein, wodurch eine besonders günstige Ausnutzung eines an dem Kraftfahrzeug vorhandenen Bauraums ermöglicht ist.

Die wenigstens zwei Elementabschnitte können beispielsweise jeweils eine lineare Bewegung des wenigstens einen Magnetfeldrichtelements ermöglichen. Der wenigstens bereichsweise gekrümmte Verbindungsabschnitt kann eine Kippbewegung des wenigstens einen Magnetfeldrichtelements relativ zu der Induktionsspule ermöglichen.

In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist das wenigstens eine Führungselement als Führungsschiene ausgebildet. Dies ist von Vorteil, da eine derartige Führungsschiene besonders kostengünstig bereitgestellt werden kann und eine besonders zuverlässige, geführte Bewegung des Magnetfeldrichtelements ermöglicht. Von besonderem Vorteil ist, wenn das Magnetfeldrichtelement an zwei einander gegenüberliegenden Führungsschienen gelagert ist, wodurch ein besonders verliersicheres Führen des Magnetfeldrichtelement bei dessen Bewegung ermöglicht ist.

In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sind wenigstens zwei Magnetfeldrichtelement vorgesehen, zwischen welchen die Induktionsspule in Fahrzeugquerrichtung und/oder in Fahrzeuglängsrichtung zumindest in der Nichtgebrauchsposition der wenigstens zwei Magnetfeldrichtelemente angeordnet ist. Dies ist von Vorteil, da durch die wenigstens zwei Magnetfeldrichtelement verschiedene Abstände der Magnetfeldrichtelemente in deren jeweiliger Gebrauchsposition eingestellt werden können. Dadurch kann ein optimales Ausrichten des Magnetfeldes bei unterschiedlichen Ausgestaltungen der Induktionsspule erzielt werden. So können die Magnetfeldrichtelemente beispielsweise bei einer, als sogenannte Doppel-D-Spule oder als Solenoid-Spule ausgebildeten Induktionsspule, in der jeweiligen Gebrauchsposition in einem Abstand zueinander angeordnet werden, um das Magnetfeld optimal, also im Hinblick auf einen, bei der induktiven Energieübertragung erzielten Wirkungsgrad besonders günstig, auszurichten.

Die Induktionsspule kann auch beispielsweise als Zirkularspule ausgebildet sein. Ist die Induktionsspule als Zirkularspule ausgebildet, so können die wenigstens zwei Magnetfeldrichtelemente in deren jeweiliger Gebrauchsposition aneinander angelegt werden, um das Magnetfeld optimal auszurichten. Es ist auch denkbar, eine Vielzahl der wenigstens zwei Magnetfeldrichtelement vorzusehen. Dementsprechend können auch beispielsweise 4, 8 oder 16 Magnetfeldrichtelement vorgesehen sein. Dies ermöglicht eine besonders exakte Ausrichtung des Magnetfelds bei der induktiven Energieübertragung, also beispielsweise bei einem Ladevorgang.

In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung überdecken die wenigstens zwei Magnetfeldrichtelemente in deren Gebrauchsposition die Induktionsspule in Fahrzeughochrichtung zumindest bereichsweise. Dies ist von Vorteil, da hierdurch ein besonders wirkungsgradgünstiges Ausrichten des Magnetfelds bei der induktiven Energieübertragung ermöglicht ist, wenn die externe Energieübertragungsvorrichtung beispielsweise an einem Untergrund unter dem Kraftfahrzeug, insbesondere an einer Fahrbahn angeordnet ist.

Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zur induktiven Energieübertragung zwischen einer externen Energieübertragungsvorrichtung und einer Induktionsspule eines Kraftfahrzeugs durch ein zwischen der externen Energieübertragungsvorrichtung und der Induktionsspule erzeugtes Magnetfeld, wobei wenigstens ein Magnetfeldrichtelement des Kraftfahrzeugs zum Ausrichten und/oder Führen des Magnetfelds relativ zu der zumindest einen Induktionsspule bewegt wird. Das wenigstens eine Magnetfeldrichtelement kann unabhängig von der Induktionsspule bewegt werden, wodurch die Induktionsspule fahrzeugfest am Kraftfahrzeug gelagert sein kann. Das Bewegen des wenigstens einen Magnetfeldrichtelements kann auch zum Kompensieren von Positionierfehlern zwischen der Induktionsspule und der externen Energieübertragungsvorrichtung durchgeführt werden.

Zu der Erfindung gehören auch Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens, die Merkmale aufweisen, wie sie bereits im Zusammenhang mit den Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs beschrieben worden sind. Aus diesem Grund sind die entsprechenden Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens hier nicht noch einmal beschrieben.

Im Folgenden sind Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben. Hierzu zeigt:

  • 1 eine Perspektivansicht auf einen Teilbereich eines Unterbodens eines Kraftfahrzeugs, an welchem eine Induktionsspule und zwei relativ zu der Induktionsspule bewegbar ausgebildete Magnetfeldrichtelemente angeordnet sind;
  • 2 eine Perspektivansicht auf eine Verstelleinheit, welche zwei parallel zueinander angeordnete Führungselemente aufweist, an welchen die Magnetfeldrichtelemente bewegbar gelagert sind;
  • 3 eine Schnittdarstellung des Kraftfahrzeugs;
  • 4a-c verschiedene Gebrauchspositionen der jeweiligen Magnetfeldrichtelemente; und
  • 5 eine schematische Darstellung einer Schwenkbewegung zumindest eines der Magnetfeldrichtelemente zwischen dessen Gebrauchsstellung und dessen Nichtgebrauchsstellung.

Aus dem Stand der Technik sind allgemein Ladesysteme für batteriebetriebene Kraftfahrzeuge, welche auch als BEV (Battery Electric Vehicle) bezeichnet werden können, bekannt. Diese induktiven Ladesysteme weisen häufig festinstallierte Ladeplattenanordnungen oder verstellbare Ladeplattenanordnungen auf, welche zur induktiven Aufnahme von Energie dienen. Sowohl die Ladeplattenanordnung als auch beispielsweise eine Bodenplatte einer externen Energieübertragungsvorrichtung können zur induktiven Energieübertragung in der Höhe verstellbar ausgebildet sein. Eine verstellbare Ladeplatte wird eingesetzt, um unterschiedliche Höhenniveaus zwischen verschiedenen Fahrzeugtypen auszugleichen. Ziel dabei ist es, einen konstant geringen Abstand der jeweiligen Platten einzustellen, um eine hohe Effizienz beim induktiven Übertragen der Energie zu erreichen.

Das verstellbare Ausgestalten von Bodenplatten geht jedoch mit hohen Kosten einher und eine verstellbare Ladeplatte im Fahrzeug ist äußerst komplex. So muss eine aufwändige und komplizierte Mechanik vorgehalten werden, um eine Verstellung der fahrzeugseitigen Ladeplatte zu gewährleisten. Zudem sind diverse, aufwändige technische Lösungen bei Hochvoltleitungen (Kabeln) und Kühlleitungen vorzuhalten, um eine Bewegung der fahrzeugseitigen Ladeplatte zu ermöglichen.

Bei den im Folgenden erläuterten Ausführungsbeispielen handelt es sich um bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung. Bei den Ausführungsbeispielen stellen die beschriebenen Komponenten der Ausführungsformen jeweils einzelne, unabhängig voneinander zu betrachtende Merkmale der Erfindung dar, welche die Erfindung jeweils auch unabhängig voneinander weiterbilden und damit auch einzeln oder in einer anderen als der gezeigten Kombination als Bestandteil der Erfindung anzusehen sind. Des Weiteren sind die beschriebenen Ausführungsformen auch durch weitere der bereits beschriebenen Merkmale der Erfindung ergänzbar.

In den Figuren sind funktionsgleiche Elemente jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen.

In 1, 3 und 5 ist beispielhaft ein Koordinatensystem mit einer Fahrzeughochrichtung H, einer Fahrzeugquerrichtung L und einer Fahrzeugquerrichtung Q eines Kraftfahrzeugs 10 gezeigt.
1 zeigt einen Teilbereich des lediglich schematisch dargestellten Kraftfahrzeugs 10, welches eine besonders aufwandsarme Ausrichtung eines 3 gezeigten Magnetfelds 50 bei einer induktiven Energieübertragung ermöglicht. Das Kraftfahrzeug 10 weist vorliegend eine Induktionsspule 20 und zwei Magnetfeldrichtelemente 30, 40 auf, mittels welchen das, bei einer induktiven Energieübertragung zwischen einer externen Energieübertragungsvorrichtung 90 und der Induktionsspule 20 erzeugte Magnetfeld 50 gegenüber der zumindest einen Induktionsspule 20 ausrichtbar und zusätzlich oder alternativ führbar ist. Die Energieübertragungsvorrichtung 90 ist ebenfalls exemplarisch in 3 dargestellt. Eine aufwandsarme Ausrichtung des Magnetfelds 50 ist dadurch möglich, da die beiden Magnetfeldrichtelemente 30, 40 relativ zu der Induktionsspule 20 bewegbar ausgebildet sind. Die Induktionsspule 20 ist vorliegend in einer Einbuchtung 12 an einem Unterboden des Kraftfahrzeugs 10 zumindest bereichsweise eingeführt und festgelegt. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Induktionsspule 20 mittels einer induktiven Ladeplatte 22 gegenüber einer Umgebung des Kraftfahrzeugs abgegrenzt. Mit anderen Worten bedeckt die induktive Ladeplatte 22 die Induktionsspule 20 in deren Anordnung in der Einbuchtung 12.

Das Kraftfahrzeug 10 umfasst zudem eine Verstelleinheit 60, mittels welcher die Magnetfeldrichtelemente 30, 40 wenigstens zwischen einer jeweiligen Gebrauchsposition 32, 42 und zumindest einer jeweiligen Nichtgebrauchsposition 34, 44 der jeweiligen Magnetfeldrichtelemente 30, 40 bewegbar sind.

3 zeigt die beiden Magnetfeldrichtelemente 30, 40 beispielhaft in deren jeweiliger Gebrauchsposition 32, 42 sowie in deren jeweiliger Nichtgebrauchsposition 34, 44. In der Gebrauchsposition 32, 42 ist das Magnetfeld 50 mittels der Magnetfeldrichtelemente 30, 40 relativ zu der Induktionsspule 20 ausrichtbar und zusätzlich oder alternativ führbar. In der Nichtgebrauchsposition 34, 44 sind die jeweiligen Magnetfeldrichtelemente 30, 40 zumindest bereichsweise in jeweiligen Ausnehmungen 36, 46 am Unterboden des Kraftfahrzeugs zumindest bereichsweise eingeführt, wodurch ein besonders platzsparendes Verstauen der beiden Magnetfeldrichtelemente 30, 40 in deren jeweiliger Nichtgebrauchsposition 34, 44 ermöglicht ist. Zusammenfassend kann das Magnetfeldrichtelement 30 in dessen Nichtgebrauchsposition 34 in der Ausnehmung 36 angeordnet sein, wohingegen das Magnetfeldrichtelement 40 in dessen Nichtgebrauchsposition 44 in der Ausnehmung 46 angeordnet sein kann, wie aus 1 und 3 hervorgeht.

3 zeigt, dass die Magnetfeldrichtelemente 30, 40 die Induktionsspule 20 zumindest in der Nichtgebrauchsposition 34, 44 in Fahrzeuglängsrichtung L und zusätzlich oder alternativ in Fahrzeugquerrichtung Q wenigstens bereichsweise überdecken können.

1 bis 4c zeigen, dass die Verstelleinheit 60 zwei Stellmotoren 62, 64 aufweisen kann, welche beispielsweise als Elektromotoren ausgebildet sein können. Der Stellmotor 62 ist vorliegend mit dem Magnetfeldrichtelement 30 und der Stellmotor 64 mit dem Magnetfeldrichtelement 40 gekoppelt. Die jeweiligen Stellmotoren 62, 64 können dabei mit den jeweiligen Magnetfeldrichtelementen 30, 40 fest und zusätzlich unmittelbar verbunden sein, wodurch eine aufwändige, kinematische Kopplung entfallen kann. Mittels der Stellmotoren 62, 64 sind die Magnetfeldrichtelemente 30, 40 zumindest zwischen deren jeweiliger Gebrauchsposition 32, 42 und deren jeweiliger Nichtgebrauchsposition 34, 44 bewegbar.

2 zeigt besonders deutlich, dass die Verstelleinheit 60 zwei Führungselemente 66 aufweisen kann, entlang welchen die jeweiligen Magnetfeldrichtelemente 30, 40 mittels der jeweiligen Stellmotoren 62, 64 bewegbar und dabei zwischen den jeweiligen Gebrauchspositionen 32, 42 und den jeweiligen Nichtgebrauchspositionen 34, 44 verlagerbar sein können. Die beiden Führungselemente 66 können, wie vorliegend gezeigt, beispielsweise als jeweilige Führungsschienen ausgebildet sein. Die Führungselemente 66 sind im vorliegend Beispiel in Fahrzeuglängsrichtung L parallel zueinander und in einem Abstand zueinander angeordnet. Zudem weisen die Führungselemente 66 jeweils zwei Elementabschnitte 68, 70 auf, welche zumindest im Wesentlichen parallel zueinander orientiert sind und welche durch einen, wenigstens bereichsweise gekrümmten Verbindungsabschnitt 72 miteinander verbunden sind. Die jeweiligen Magnetfeldrichtelemente 30, 40 sind an jeweiligen Lagerstellen 38, 48 mit den einander gegenüberliegenden Führungselementen 66 in Eingriff. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist jedes der beiden Magnetfeldrichtelemente 30, 40 an jeweils vier Lagerstellen 38 beziehungsweise jeweils vier Lagerstellen 48 mit den beiden Führungselementen 66 in Eingriff.

Zumindest eine der Lagerstellen 38 kann gleichzeitig als durch den Stellmotor 62 antreibbares Antriebsritzel 74 ausgebildet sein, welches mit zumindest einer der Führungsschienen (Führungselement 66) in Eingriff stehen kann, um das vorliegend unmittelbar mit dem Stellmotor 62 gekoppelte Magnetfeldrichtelement 30 zwischen dessen Gebrauchsposition 32 und dessen Nichtgebrauchsposition 34 zu verlagern.

Des Weiteren kann zumindest eine der Lagerstellen 48 gleichzeitig als durch den Stellmotor 64 antreibbares Antriebsritzel 76 ausgebildet sein, welches mit zumindest einer der Führungsschienen (Führungselement 66) in Eingriff stehen kann, um das vorliegend unmittelbar mit dem Stellmotor 64 gekoppelte Magnetfeldrichtelement 40 zwischen dessen Gebrauchsposition 42 und dessen Nichtgebrauchsposition 44 zu verlagern.

Durch Antreiben der jeweiligen Ritzel 74, 76 können die jeweiligen Magnetfeldrichtelemente 30, 40 entlang der Führungselemente 66 und dabei zwischen der jeweiligen Nichtgebrauchsposition 34, 44 und der jeweiligen Gebrauchsposition 32, 42 bewegt werden.

3 zeigt, dass die Induktionsspule 20 in Fahrzeugquerrichtung Q und zusätzlich oder alternativ in Fahrzeuglängsrichtung L zumindest in der jeweiligen Nichtgebrauchsposition 34, 44 der beiden Magnetfeldrichtelemente 30, 40 zwischen den zwei Magnetfeldrichtelementen 30, 40 angeordnet sein kann. Durch die Anordnung der beiden Magnetfeldrichtelemente 30, 40 in den jeweiligen Ausnehmungen 36, 46 (in der jeweiligen Nichtgebrauchsposition 34, 44) ist ein besonders platzsparendes Verstauen der beiden Magnetfeldrichtelemente 30, 40 in Fahrzeughochrichtung H oberhalb einer Bodengrenzfläche 14 des Kraftfahrzeugs 10 ermöglicht. Die in 3 gezeigte, externe Energieübertragungsvorrichtung 90 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel in eine Fahrbahn 92 und damit in einem Untergrund des Kraftfahrzeugs 10 integriert. Um die induktive Energieübertragung zwischen der Energieübertragungsvorrichtung 90 und der Induktionsspule 20 mit besonders hohem Wirkungsgrad zu ermöglichen, werden die jeweiligen Magnetfeldrichtelemente 30, 40 mittels der jeweiligen Stellmotoren 62, 64 entlang der Führungselemente 66 und dabei von der jeweiligen Nichtgebrauchsposition 34, 44 in die jeweilige Gebrauchsposition 32, 42 bewegt. In der jeweiligen Gebrauchsposition 32, 42 können die beiden Magnetfeldrichtelemente 30, 40 das in 3 gezeigte Magnetfeld 50 besonders wirksam Führen beziehungsweise Ausrichten. Dadurch ist ein besonders effizientes Laden eines hier nicht weiter gezeigten fahrzeuginternen Energiespeichers des Kraftfahrzeugs 10 im Rahmen der induktiven Energieübertragung ermöglicht.

Fig. 4a bis 4c zeigen jeweils verschiedene Gebrauchspositionen 32, 42 der jeweiligen Magnetfeldrichtelemente 30, 40. Aus der Zusammenschau der 4a bis 4c ist erkennbar, dass durch Verstellen der Magnetfeldrichtelemente 30, 40 mittels der Stellmotoren 62, 64 auch ein Toleranzausgleich welcher beispielsweise bei einem relativen Versatz in Fahrzeugquerrichtung Q oder Fahrzeuglängsrichtung L zwischen der externen Energieübertragungsvorrichtung 90 und der Induktionsspule 20 auftreten kann, ausgeglichen werden kann.

Aus der Zusammenschau von 2 und 4a-c ist erkennbar, dass die beiden Magnetfeldrichtelemente 30, 40 auch unter besonders geringem Aufwand in deren jeweiliger Gebrauchsposition 32, 42 entweder unmittelbar aneinander anliegen können (2) oder in einem relativen Abstand zueinander angeordnet sein können (4a-c). Dadurch ist eine optimale Ausrichtung des Magnetfelds 50 unabhängig davon möglich, ob die Induktionsspule 20 als Doppel-D-Spule oder als Solenoid-Spule beziehungsweise als Zirkularspule ausgebildet ist.

5 zeigt exemplarisch anhand des Magnetfeldrichtelements 30, dass die Magnetfeldrichtelemente 30, 40 auch durch eine - vorliegend durch einen Doppelpfeil verdeutlichte - Schwenkbewegung 80 mittels der Verstelleinheit 60 zwischen der jeweiligen Gebrauchsposition 32, 42 und der jeweiligen Nichtgebrauchsposition 34, 44 bewegt und damit verlagert werden können. Bei dieser Schwenkbewegung 80 können die Magnetfeldrichtelemente 30, 40 - wie in 5 gezeigt - beispielsweise um 90° zwischen der Gebrauchsposition 32, 42 und der Nichtgebrauchsposition 34, 44 verschränkt werden. Wenngleich in 5 nicht gezeigt, so können die Magnetfeldrichtelement 30, 40 bei der Schwenkbewegung 80 auch um 180° zwischen der Gebrauchsposition 32, 42 und der Nichtgebrauchsposition 34, 44 verschwenkt werden.

Insgesamt zeigen die Beispiele, wie durch die Erfindung die Magnetfeldrichtelemente 30, 40 zur Überbrückung eines höheren Bodenfreigangs des Kraftfahrzeugs 10 zwischen der externen Energieübertragungsvorrichtung 90 und der Induktionsspule 20 durch Bewegen der Magnetfeldrichtelemente 30, 40 relativ zu der Induktionsspule 20 eingesetzt werden können. Die Magnetfeldrichtelemente 30, 40 können beispielsweise als Ferritelemente, insbesondere als Ferritkerne ausgebildet sein. Die Magnetfeldrichtelemente 30, 40 dienen zum Verkürzen einer Luftstrecke des Magnetfelds 50, welches auch als induktives Feld bezeichnet werden kann. Da die Magnetfeldrichtelemente 30, 40 als jeweilige Ferritelemente ausgebildet sein können, können diese jeweils passive Bauelemente darstellen und mit geringer Komplexität aufgebaut sein. Durch Verschieben der Magnetfeldrichtelemente 30, 40, beispielsweise entlang der Führungselemente 66 ist ein Höhenausgleich zwischen der Induktionsspule 20 und der externen Energieübertragungsvorrichtung 90 sowie ein Ausrichten und Führen des Magnetfelds 50 ermöglicht. Die Induktionsspule 20 kann zusammen mit der induktiven Ladeplatte 22 fest am Kraftfahrzeug 10 installiert, in der Einbuchtung 12 am Unterboden des Kraftfahrzeugs 10 aufgenommen und damit an einer geschützten, höheren Position liegen, als die Magnetfeldrichtelemente 30, 40 zumindest in deren Gebrauchsposition 32, 42. Zur induktiven Energieübertragung kann eine einfache, festinstallierte und damit kostengünstige, induktive Bodenplatte der externen Energieübertragungsvorrichtung 90 vorgesehen sein.

Die beiden Führungselemente 66 können allgemein einen Hilfsrahmen bilden oder Bestandteil eines Hilfsrahmens sein, in welchem die Magnetfeldrichtelemente 30, 40 aufgenommen und bewegbar gelagert sein können. Die Magnetfeldrichtelemente 30, 40 können vorzugsweise an den jeweiligen Lagerstellen 38, 48 an den Führungselementen 66 gelagert sein. Über die jeweiligen Stellmotoren 62, 64 und die Führungselemente 66 können die Magnetfeldrichtelemente 30, 40 beispielsweise von der Nichtgebrauchsposition 34, 44 in Fahrzeughochrichtung H nach unten sowie in Fahrzeugquerrichtung Q und zusätzlich oder alternativ in Fahrzeuglängsrichtung L in Richtung einer Fahrzeugmitte des Kraftfahrzeugs 10 bewegt werden.

Durch die vorliegende Erfindung können die Induktionsspule 20 und die induktive Ladeplatte 22 beispielsweise am Unterboden des Kraftfahrzeugs 10 fest mit diesem verbunden sein. Zum Aufladen jeweiliger, vorliegend nicht weiter gezeigte Akkus des Kraftfahrzeugs 10, zu welchen beispielsweise Hochvoltbatterien gehören können, sind die Magnetfeldrichtelemente 30, 40 entlang der Führungselemente 66 aus deren fahrbahnferner Nichtgebrauchsposition 34, 44 in die fahrbahnnahe Gebrauchsposition 32, 42 bewegbar.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG

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Zitierte Patentliteratur

  • WO 2014/174358 A2 [0004]
  • DE 2916558 A1 [0005]
  • US 3914562 A [0006]
  • DE 102015008983 A1 [0007]