Title:
Ladeeinrichtung zum induktiven Laden eines Energiespeichers eines Kraftfahrzeugs,insbesondere eines Kraftwagens
Kind Code:
A1


Abstract:

Die Erfindung betrifft eine Ladeeinrichtung (10) zum induktiven Laden eines Energiespeichers eines Kraftfahrzeugs, mit wenigstens einer in einem von einer Primärspule bereitgestellten, zeitlich veränderlichen magnetischen Fluss anordenbaren Sekundärspule (12), auf welche mittels des magnetischen Flusses elektrische Energie zum Laden des Energiespeichers induktiv übertragbar ist, und mit wenigstens einem Ferritelement (14) zum Führen des magnetischen Flusses, wobei die Sekundärspule (12) und das Ferritelement (14) als biegeweiche, nachgiebige Komponenten ausgestaltet und auf einer ersten Seite (16) durch ein biegeweiches, nachgiebiges Abschirmelement (18) und auf einer der ersten Seite (16) gegenüberliegenden zweiten Seite (20) durch ein biegeweiches, nachgiebiges Unterbodenverkleidungselement (22) überdeckt sind. embedded image




Inventors:
Zimmer, Steve (71229, Leonberg, DE)
Rothenberg, Sebastian, Dipl.-Ing. (70197, Stuttgart, DE)
Lucas, Peter (01097, Dresden, DE)
Helwig, Martin (01219, Dresden, DE)
Luft, Jan (01097, Dresden, DE)
Pärschke, Roman (01099, Dresden, DE)
Modler, Niels, Prof. Dr. (09212, Limbach-Oberfrohna, DE)
Application Number:
DE102017011846A
Publication Date:
05/30/2018
Filing Date:
12/21/2017
Assignee:
Daimler AG, 70327 (DE)
Domestic Patent References:
DE102014018754A1N/A2016-06-16
DE102014206739A1N/A2015-10-08



Claims:
Ladeeinrichtung (10) zum induktiven Laden eines Energiespeichers eines Kraftfahrzeugs, mit wenigstens einer in einem von einer Primärspule bereitgestellten, zeitlich veränderlichen magnetischen Fluss anordenbaren Sekundärspule (12), auf welche mittels des magnetischen Flusses elektrische Energie zum Laden des Energiespeichers induktiv übertragbar ist, und mit wenigstens einem Ferritelement (14) zum Führen des magnetischen Flusses, dadurch gekennzeichnet, dass die Sekundärspule (12) und das Ferritelement (14) als biegeweiche, nachgiebige Komponenten ausgestaltet und auf einer ersten Seite (16) durch ein biegeweiches, nachgiebiges Abschirmelement (18) und auf einer der ersten Seite (16) gegenüberliegenden zweiten Seite (20) durch ein biegeweiches, nachgiebiges Unterbodenverkleidungselement (22) überdeckt sind.

Ladeeinrichtung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Abschirmelement (18) zumindest aus Polyurethan gebildet und für ein den magnetischen Fluss umfassendes Magnetfeld undurchlässig ist.

Ladeeinrichtung (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Unterbodenverkleidungselement (22) und dem Abschirmelement (18) eine elektrisch mit der Sekundärspule (12) verbundene Leistungselektronik (24) angeordnet ist.

Ladeeinrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Unterbodenverkleidungselement (22) und dem Abschirmelement (18) elektrisch mit der Sekundärspule (12) verbundene Kondensatoren (26) angeordnet sind.

Ladeeinrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Unterbodenverkleidungselement (22) und/oder das Abschirmelement (18) zumindest aus einem faserverstärkten Kunststoff gebildet ist.

Description:

Die Erfindung betrifft eine Ladeeinrichtung zum induktiven Laden eines Energiespeichers eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Kraftwagens, gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.

Eine solche Ladeeinrichtung zum induktiven Laden eines Energiespeichers eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Kraftwagens, ist beispielsweise bereits der DE 10 2014 206 739 A1 als bekannt zu entnehmen. Die Ladeeinrichtung umfasst wenigstens eine Sekundärspule, die in einem von einer Primärspule bereitgestellten und zeitlich veränderlichen magnetischen Fluss und somit in n den magnetischen Fluss aufweisenden beziehungsweise umfassenden und von der Primärspule bereitgestellten magnetischen Feld anordenbar ist. Auf die Sekundärspule kann mittels des magnetischen Flusses beziehungsweise mittels des Magnetfeldes elektrische Energie zum Laden des Energiespeichers induktiv übertragen werden. Außerdem umfasst die Ladeeinrichtung wenigstes ein Ferritelement zum Führen des magnetischen Flusses.

Des Weiteren offenbart die DE 10 2014 018 754 A1 ein Kraftfahrzeug, mit wenigstens einem Elektromotor zum Antreiben des Kraftfahrzeugs, und mit einer Ladeeinrichtung und wenigstens einer im Bereich der Kraftfahrzeug-Unterseite in einem Spulengehäuse angeordneten Sekundärspule.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Ladeeinrichtung der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass ein besonders bauraum- und kostengünstiger Aufbau der Ladeeinrichtung realisierbar ist.

Diese Aufgabe wird durch eine Ladeeinrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.

Um eine Ladeeinrichtung der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art derart weiterzuentwickeln, dass sich ein besonders bauraum- und kostengünstiger Aufbau der Ladeeinrichtung realisieren lässt, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Sekundärspule und das Ferritelement als biegeweiche, nachgiebige Komponenten ausgestaltet und auf einer ersten Seite durch ein biegeweiches, nachgiebiges Abschirmelement und auf einer der ersten Seite gegenüberliegenden zweiten Seite durch ein biegeweiches, nachgiebiges Unterbodenverkleidungselement überdeckt sind. Das Unterbodenverkleidungselement ist ein Verkleidungselement einer Unterbodenverkleidung, mittels welcher ein Unterboden des Kraftfahrzeugs in Fahrzeughochrichtung nach unten hin zumindest teilweise, insbesondere zumindest überwiegend oder vollständig, abgedeckt beziehungsweise abdeckbar ist. Dabei ist der Unterboden beispielsweise durch einen Aufbau der Kraftfahrzeugs gebildet, wobei der Aufbau insbesondere als selbsttragende Karosserie ausgebildet sein kann.

Der Erfindung liegt insbesondere die Erkenntnis zugrunde, dass bei herkömmlichen Ladeeinrichtungen üblicherweise eine sehr hohe Steifigkeit angestrebt wird, um beispielsweise die Ladeeinrichtung vor unfallbedingten Kraftbeaufschlagungen beziehungsweise vor aus unfallbedingten Kraftbeaufschlagungen resultierenden Schäden zu schützen. Diese üblicherweise vorgesehene Bauweise mit hoher Steifigkeit führt üblicherweise zu einem hohen Gewicht und zu hohen Kosten, da eine hohe Anzahl an Teilen und/oder eine massive Bauweise von Bauteilen der Ladeeinrichtung erforderlich ist. Um nun einerseits einen hinreichenden Schutz vor Schäden realisieren und andererseits das Gewicht und den Bauraumbedarf sowie die Kosten der Ladeeinrichtung in einem besonders geringen Rahmen halten zu können, sind die Sekundärspule, das Ferritelement, das Unterbodenverkleidungselement und das Abschirmelement als biegeweiche, nachgiebige beziehungsweise flexible Komponente ausgebildet, die beispielsweise einer unfallbedingten Kraftbeaufschlagung nachgeben beziehungsweise ausweichen können. Dadurch können Schäden der Ladeeinrichtung vermieden werden. Gleichzeitig können die Teileanzahl, der Bauraumbedarf und die Kosten sowie das Gewicht der Ladeeinrichtung in einem besonders geringen Rahmen gehalten werden. Insbesondere ist eine Integration der Sekundärspule, des Ferritelement, des Unterbodenverkleidungselement und des Abschirmelement in ein flexibles Material denkbar, sodass die jeweilige Komponente unfallbedingten Kraftbeaufschlagungen vorteilhaft ausweichen kann. Beispielsweise lässt sich ein besonders vorteilhafter mechanischer Schutz des Ferritelements und der Sekundärspule realisieren. Des Weiteren kann eine besonders vorteilhafte thermische Anbindung, insbesondere in Abhängigkeit von Materialien, aus welchen die jeweiligen Komponenten gebildet sind, realisieren, sodass ein vorteilhafter Wärmeabtransport darstellbar ist. Dadurch kann der Energiespeicher besonders wirkungsgradgünstig geladen werden. Die jeweilige Komponente kann beispielsweise als werkzeugfallendes Bauteil hergestellt werden, sodass die jeweilige Komponente und somit die Ladeeinrichtung insgesamt zeit- und kostengünstig hergestellt werden können. Ein weiterer Vorteil ist die Realisierbarkeit einer vollumfänglichen Schirmwirkung und eine kostengünstige Bauweise. Außerdem kann eine Skalierbarkeit vorteilhaft dargestellt werden.

Das Ferritelement ist beispielsweise einteilig beziehungsweise einstückig ausgebildet, oder aber das Ferritelement umfasst eine Mehrzahl von separat voneinander ausgebildeten Ferritteilen, welche auch als Ferrite bezeichnet werden. Das Ferritelement ist beispielsweise ein Ferritkern und kann zumindest teilweise in der Sekundärspule angeordnet sein. Alternativ oder zusätzlich überdeckt das Ferritelement zumindest eine Seite der Sekundärspule zumindest teilweise, insbesondere zumindest überwiegend oder vollständig.

Die Sekundärspule, das Ferritelement, das Unterbodenverkleidungselement und das Abschirmelement bilden beispielsweise eine flexible Konstruktion beziehungsweise eine flexible Baueinheit, welche biegeweich und nachgiebig ist und somit unfallbedingten Kraftbeaufschlagungen vorteilhaft ausweichen kann. Dadurch kann die Baueinheit vor unerwünschten Schäden geschützt werden, ohne dass eine kosten- und bauraumintensive Bauweise erforderlich ist. Insbesondere sind Elemente eines Magnetkreises der Ladeeinrichtung als flexible Elemente ausgebildet, wobei es sich bei diesen Elementen des Magnetkreises um das Abschirmelement, die Sekundärspule und das Ferritelement handeln kann. Die jeweilige Komponente ist beispielsweise zumindest aus einem Kunststoff gebildet, sodass eine besonders vorteilhafte Biegeweichheit beziehungsweise Nachgiebigkeit dargestellt werden kann. Der Kunststoff kann dabei insbesondere als faserverstärkter Kunststoff ausgebildet sein.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.

Die Zeichnung zeigt in:

  • 1 eine schematische und geschnittene Explosionsansicht einer erfindungsgemäßen Ladeeinrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform;
  • 2 eine schematische Perspektivansicht der Ladeeinrichtung gemäß der ersten Ausführungsform;
  • 3 eine schematische Draufsicht der Ladeeinrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform; und
  • 4 eine schematische Schnittansicht der Ladeeinrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform entlang einer in 3 gezeigten Schnittlinie A-A.

In den Fig. sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.

1 zeigt in einer schematischen und geschnittenen Explosionsansicht eine Ladeeinrichtung 10 zum induktiven Laden eines Energiespeichers eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Kraftwagens wie beispielsweise eines Personenkraftwagens. Dabei zeigen 1 und 2 die Ladeeinrichtung 10 gemäß einer ersten Ausführungsform. Das Kraftfahrzeug umfasst in seinem vollständig hergestellten Zustand wenigstens eine elektrische Maschine, mittels welcher das Kraftfahrzeug elektrisch antreibbar ist. hierzu wird die elektrische Maschine beispielsweise mit in dem Energiespeicher gespeicherter elektrischer Energie versorgt. Der Energiespeicher kann dabei beispielsweise als Batterie, insbesondere als Hochvolt-Batterie (HV-Batterie), ausgebildet sein. Die Ladeeinrichtung 10 umfasst wenigstens eine Sekundärspule 12, welche in einem von einer Primärspule bereitgestellten, zeitlich veränderlichen magnetischen Fluss und somit in einem von der Primärspule bereitgestellten und den magnetischen Fluss aufweisenden beziehungsweise umfassenden Magnetfeld anordenbar ist. Mittels des magnetischen Flusses beziehungsweise mittels des Magnetfelds kann elektrische Energie von der Primärspule auf die Sekundärspule 12 übertragen werden. Die elektrische Energie wird beispielsweise von einer Stromquelle über die Primärspule bereitgestellt. Die induktiv auf die Sekundärspule 12 übertragene elektrische Energie kann zu dem Energiespeicher geführt und in dem Energiespeicher gespeichert werden.

Die Ladeeinrichtung 10 umfasst ferner wenigstens ein Ferritelement 14 zum Führen des magnetischen Flusses. Das Ferritelement 14 ist beispielsweise einteilig oder einstückig ausgebildet, oder das Ferritelement 14 weist eine Mehrzahl von separat voneinander ausgebildeten Ferritteilen beziehungsweise Ferriten auf. Das Ferritelement 14 ist beispielsweise ein Ferritkern und kann zumindest teilweise in der Sekundärspule 12 angeordnet sein. Alternativ oder zusätzlich überdeckt das Ferritelement 14 zumindest eine Seite der Sekundärspule 12 zumindest teilweise, insbesondere zumindest überwiegend oder vollständig.

Um nun eine besonders bauraum- und kostengünstige Bauweise der Ladeeinrichtung 10 realisieren zu können, wobei gleichzeitig ein effizienter und effektives induktives Laden des Energiespeichers dargestellt werden kann, sind die Sekundärspule 12 und das Ferritelement 14 als biegeweiche, nachgiebige beziehungsweise flexible Komponenten ausgestaltet und auf einer ersten Seite 16 durch ein biegeweiches, nachgiebiges beziehungsweise flexibles Abschirmelement 18 und auf einer der ersten Seite 16 gegenüberliegenden zweiten Seite 20 durch ein biegeweiches, nachgiebiges beziehungsweise flexibles Unterbodenverkleidungselement 22 überdeckt.

2 zeigt die Ladeeinrichtung 10 in ihrer Einbaulage, wobei die Ladeeinrichtung 10 ihre Einbaulage in vollständig hergestelltem Zustand des Kraftfahrzeugs einnimmt. Dabei sind die Sekundärspule 12 und das Ferritelement 14 bezogen auf die Einbaulage in Fahrzeughochrichtung nach oben hin zumindest teilweise, insbesondere zumindest überwiegend oder vollständig, durch das Abschirmelement 18 überdeckt. In Fahrzeughochrichtung nach unten hin sind die Sekundärspule 12 und das Ferritelement 14 zumindest teilweise, insbesondere zumindest überwiegend oder vollständig, durch das Unterbodenverkleidungselement 22 überdeckt. Das Unterbodenverkleidungselement 22 ist ein Verkleidungselement einer Unterbodenverkleidung des Kraftfahrzeugs. Mittels der Unterbodenverkleidung ist ein Unterboden des Kraftfahrzeugs in Fahrzeughochrichtung nach unten hin zumindest teilweise, insbesondere zumindest überwiegend oder vollständig, überdeckt beziehungsweise abgedeckt. Der Unterboden ist beispielsweise durch einen Aufbau des Kraftfahrzeugs gebildet, wobei der Aufbau als selbsttragende Karosserie ausgebildet sein kann. Durch die Ausgestaltung der Sekundärspule 12, des Ferritelements 14, des Abschirmelements 18 und des Unterbodenverkleidungselements 22 als biegeweiche, nachgiebige Komponenten können diese Komponenten unfallbedingten Kraftbeaufschlagungen nachgeben beziehungsweise ausweichen, sodass die Komponenten vor aus den unfallbedingten Kraftbeaufschlagungen resultierenden Schäden geschützt werden können. Im Vergleich zu einer steifen Ausgestaltung der Komponenten und somit der Ladeeinrichtung 10 können dabei der Bauraumbedarf, die Kosten und das Gewicht der Ladeeinrichtung 10 in einem besonders geringen Rahmen gehalten werden.

Das Unterbodenverkleidungselement 22 ist dabei beispielsweise aus einem Kunststoff, insbesondere aus einem faserverstärkten Kunststoff, gebildet. Alternativ oder zusätzlich ist es denkbar, dass das Abschirmelement 18 zumindest aus Polyurethan (PUR) gebildet ist. Insbesondere ist das Abschirmelement 18 für das magnetische Feld undurchlässig. Beispielsweise weist das Abschirmelement 18 wenigstens oder genau eine Schicht auf, welche beispielsweise aus Polyurethan gebildet ist. Die Schicht ist dabei beispielsweise mit wenigstens einem oder mehreren Abschirmteilen versehen, mittels welchen das Magnetfeld abschirmbar ist. Dies bedeutet, dass beispielsweise das Abschirmelement 18 insgesamt für das Magnetfeld undurchlässig ist.

Die Ladeeinrichtung umfasst ferner eine erste Elektronikkomponente in Form einer Leistungselektronik 24, welche beispielsweise elektrisch mit der Sekundärspule 12 verbunden ist. Dabei ist die Leistungselektronik 24 beispielsweise zumindest teilweise, insbesondere zumindest überwiegend oder vollständig, zwischen dem Unterbodenverkleidungselement 22 und dem Abschirmelement 18 angeordnet. Die Ladeeinrichtung 10 umfasst darüber hinaus zweite Elektronikkomponenten, welche als Kondensatoren 26 ausgebildet sein. Die Kondensatoren 26 sind beispielsweise zumindest teilweise, insbesondere zumindest überwiegend oder vollständig, zwischen dem Abschirmelement 18 und dem Unterbodenverkleidungselement 22 angeordnet. Ferner ist es denkbar, dass die Kondensatoren 26 und/oder die Leistungselektronik 24 jeweils zumindest teilweise, insbesondere zumindest überwiegend oder vollständig, überdeckungsfrei zu dem Abschirmelement 18 angeordnet sind. Dabei sind die Kondensatoren 26 und/oder die Leistungselektronik 24 beispielsweise zumindest mittelbar, insbesondere direkt, an dem Unterbodenverkleidungselement 22 gehalten.

Die Ladeeinrichtung 10 ist beispielsweise über das Unterbodenverkleidungselement 22 an dem genannten Aufbau gehalten. Hierzu ist das Unterbodenverkleidungselement 22 beispielsweise zumindest mittelbar, insbesondere direkt, an dem Aufbau befestigt. Somit wird das Unterbodenverkleidungselement 22 als Halter verwendet, über welchen die Ladeeinrichtung 10 an den Aufbau angebunden ist.

3 und 4 veranschaulichen eine zweite Ausführungsform der Ladeeinrichtung 10. Bei der zweiten Ausführungsform ist es beispielsweise vorgesehen, dass die Leistungselektronik 24 und die Kondensatoren 26 in Fahrzeughochrichtung nach oben beziehungsweise auf der Seite 16 durch das Abschirmelement 18 und in Fahrzeughochrichtung nach unten beziehungsweise auf der Seite 20 durch das Unterbodenverkleidungselement 22 zumindest teilweise, insbesondere zumindest überwiegend oder vollständig, überdeckt sind. Außerdem sind in 4 Querträger 28 eines auch als Hilfsrahmen bezeichneten Integralträgers erkennbar, welcher beispielsweise an dem Aufbau gelagert ist. Dabei ist die Ladeeinrichtung 10 an dem Hilfsträger gehalten, sodass die Ladeeinrichtung 10 über den Hilfsträger an dem Aufbau gehalten ist. Es ist denkbar, dass das Abschirmelement 18 aus einem metallischen Werkstoff gebildet ist, sodass das Abschirmelement 18 beispielsweise als Abschirmblech ausgebildet ist. Bei dem metallischen Werkstoff kann es sich insbesondere um Aluminium handeln. Als besonders vorteilhaft hat es sich auch gezeigt, wenn das Abschirmelement 18 zumindest aus Polyurethan gebildet und dabei beispielsweise mit Abschirmteilen versehen ist, mittels welchen das Magnetfeld abschirmbar ist.

Bezugszeichenliste

10
Ladeeinrichtung
12
Sekundärspule
14
Ferritelement
16
erste Seite
18
Abschirmelement
20
zweite Seite
22
Unterbodenverkleidungselement
24
Leistungselektronik
26
Kondensatoren
28
Querträger

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG

Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.

Zitierte Patentliteratur

  • DE 102014206739 A1 [0002]
  • DE 102014018754 A1 [0003]