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WO2017032496A1 - Induktionsladesystem mit einer gehäusestruktur mit berührungsfreien kohlenstofffasern - Google Patents

Induktionsladesystem mit einer gehäusestruktur mit berührungsfreien kohlenstofffasern Download PDF

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Publication number
WO2017032496A1
WO2017032496A1 PCT/EP2016/065896 EP2016065896W WO2017032496A1 WO 2017032496 A1 WO2017032496 A1 WO 2017032496A1 EP 2016065896 W EP2016065896 W EP 2016065896W WO 2017032496 A1 WO2017032496 A1 WO 2017032496A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
carbon fibers
charging system
induction charging
induction
carrier element
Prior art date
Application number
PCT/EP2016/065896
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Josef Krammer
Original Assignee
Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft filed Critical Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft
Priority to CN201680029559.4A priority Critical patent/CN107635822B/zh
Publication of WO2017032496A1 publication Critical patent/WO2017032496A1/de
Priority to US15/890,451 priority patent/US20180211773A1/en

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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F38/00—Adaptations of transformers or inductances for specific applications or functions
    • H01F38/14—Inductive couplings
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L53/00—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles
    • B60L53/10—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles characterised by the energy transfer between the charging station and the vehicle
    • B60L53/12—Inductive energy transfer
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F27/00—Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/02—Casings
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    • H01F27/06—Mounting, supporting or suspending transformers, reactors or choke coils not being of the signal type
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    • Y02T90/14—Plug-in electric vehicles

Definitions

  • the invention relates to an induction charging system for inductive charging of a
  • Motor vehicle with an induction coil, and a housing structure for the induction coil.
  • a coil unit in which the coil windings and a ferrite core are cast into a potting compound.
  • Such induction charging systems are used for non-contact charging of an electrical energy storage device of a motor vehicle, such as a lithium-ion battery.
  • a motor vehicle such as a lithium-ion battery.
  • the motor vehicle in which a secondary coil is arranged, is to be placed over a primary coil as a charging device over a longer period, which emits a changing magnetic field.
  • FIG. 1 shows by way of example a primary coil unit 1 arranged on or in the ground (for example carriageway, parking space, garage) and a secondary coil unit 3 arranged on the underbody of a vehicle 2.
  • An air gap is present between the primary and secondary coil unit.
  • the air gap should on the one hand be as small as possible in order to achieve a high degree of efficiency
  • Fig. 2 shows the induction charging system of Fig. 1 in somewhat more detail.
  • a primary coil 4 and a secondary coil 5 are respectively provided, which are each wound around a vertical axis and formed as flat as possible in the vertical direction are so that the coil windings extend in the horizontal.
  • Pnmärspuie 4 is substantially equal to the secondary coil 5 constructed, but vertically mirrored, wherein the primary coil 4 is typically larger than the secondary coil 5.
  • ferrite cores 6 are provided for guiding the magnetic field lines.
  • the coils are each embedded in a potting compound 7 of magnetically neutral material.
  • the secondary coil 3 must be protected from falling rocks and placing the vehicle 2 (eg on curbs).
  • the top of the primary coil 1 must provide protection against damage when driving over (eg cars, trucks) or against impressions of stones.
  • Fig. 3 shows a sectional plan view of an induction coil, such as the primary coil 4 or the secondary coil 5.
  • the coil may be substantially square or round wound.
  • the primary coil 4 shows a field line course during operation of the induction charging system.
  • the primary coil 4 generates a magnetic field whose magnetic field lines are shown in Fig. 4. Some of the field lines pass through both the primary and the secondary coil 4, 5, whereas other field lines only the
  • continuous field lines should be kept as low as possible for good efficiency. This is achieved, for example, by designing the field lines leading ferrite cores 6. On the other hand, it must be ensured that an enclosure of the induction coils, which, as already mentioned, is required to protect the induction coils, the efficiency of the
  • the object of the invention is to provide an induction charging system for inductive energy transfer, which offers good protection against mechanical damage and thereby negatively impacting the efficiency as little as possible. This task comes with an induction charging system with the Characteristics of claim 1 solved.
  • Induction charging system for inductive charging of a motor vehicle
  • an induction coil and a housing structure for the induction coil, with support elements comprising carbon fibers, which are embedded in a base material, that substantially all of the individual carbon fibers of a support member without contact in the
  • Carrier element are arranged or that the individual carbon fibers are combined in carbon fiber bundles of not more than 0.1 mm diameter and substantially all of the carbon fiber bundles in the
  • Carrier element are arranged without contact.
  • the term “substantially all” is intended to clarify that even carrier elements in which, due to tolerances or manufacturing errors, a very small number of
  • Carbon fiber bundles within a carrier element More preferably, “substantially all” means more than 95% of the carbon fiber or carbon fiber bundles within a support member. Because the carbon fibers do not contact each other, no magnetic eddy currents can form, and it is possible to use the previously unsuitable carbon fibers as the material to the enclosure of a
  • Base material is an electrically non-conductive material.
  • the housing structure comprises a bottom element, on which the induction coil is arranged, wherein the bottom element comprises a carrier element in the form of a plate or a plurality of carrier elements in the form of struts.
  • the housing structure comprises a spacer structure which fixes the floor element to a vehicle underbody, wherein the spacer structure comprises a carrier element in the form of a plate or a plurality of carrier elements in the form of struts.
  • the housing structure further comprises an intermediate floor, wherein the induction coil between the bottom element and the intermediate bottom is arranged, wherein the intermediate bottom a support element in the form of a plate or a plurality of support elements in the form of struts includes.
  • Carbon fibers of a carrier element substantially all unidirectionally aligned.
  • the individual carbon fibers or carbon fiber bundles are included for distance protection wrapped in an electrically non-conductive thread.
  • the thread may be arranged in addition to the base material.
  • the invention provides a vehicle with such a
  • Figure 1 shows a prior art induction charging system
  • FIG. 3 shows a sectional top view of an induction coil of the invention
  • FIG. 4 shows a field line course in the operation of FIG
  • FIG. 5 shows a vehicle having an induction charging system according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 6t shows a secondary coil unit of the induction charging system
  • Figure 7a shows support elements in the form of struts
  • FIG. 7b shows a carrier element in the form of a plate
  • FIG. 8 shows an embodiment of a carrier element
  • Figure 9 shows a wrapped carbon fiber
  • Figure 10 shows another embodiment of a carrier element
  • Figure 1 1 shows a secondary coil unit of the induction charging system according to another embodiment.
  • Figure 5 shows schematically an induction charging system according to a
  • the induction charging system comprises a primary coil unit 10, which is mounted in or on a floor 1 1, for example, a roadway, a parking lot, a Abstellfikiee or, as indicated in Fig. 5, a garage.
  • the primary coil unit 10 cooperates with a secondary coil unit 12, which is provided on or in a motor vehicle 13.
  • the secondary coil unit 12 is provided on or in a motor vehicle 13.
  • Secondary coil unit 12 is mounted on an underbody of the motor vehicle 13.
  • the motor vehicle 13 has an electrical energy store 14, preferably a high-voltage accumulator, such as a lithium-ion accumulator, which is electrically connected via an electrical line 15 to the secondary coil unit 12 and can be inductively charged via this.
  • a high-voltage accumulator such as a lithium-ion accumulator
  • the primary coil unit 10 emits a changing magnetic field. By induction, this results in the secondary coil unit 12 of charging current required for charging the energy storage 14.
  • FIG. 6 shows the secondary coil unit 12 in more detail.
  • Secondary coil unit 12 comprises a secondary coil 16, whose
  • Windings are wound around a vertical axis as a center.
  • the windings describe in a plan view substantially a square (see Fig. 7a, 7b) or round shape, the center of which is free.
  • Fig. 7a, 7b substantially a square
  • a ferrite core 17 is arranged. This is together with the secondary coil 16 in a Potting compound 18 embedded The secondary coil 16 is connected via the electrical line 15 to the electrical energy storage 14.
  • the secondary coil unit 12 comprises a
  • the housing structure comprises a fastening element 19, which is preferably fastened to a vehicle underbody, a floor element 20, a spacer structure 21 and
  • the secondary coil 16 is between the
  • the fastening element 19 and the bottom element 20 is arranged.
  • the fastening element 19 is made of a material of high strength,
  • the bottom element 20, the spacer structure 21 and the side elements 22 each comprise support elements or consist of support elements, which are explained in more detail below, and which are in the form of plates or struts (for example of rectangular or round cross-section) (see FIGS. 7a, 7b) ).
  • Carrier elements differ from the material of the fastener 19 and have a stiffer elastic modulus and neutrality with respect to an alternating magnetic field, i. it is not a
  • the support elements of the spacer structure 21 are substantially perpendicular to the fastener 19 and the bottom member 20 and thus spaced the bottom member 20 from the fastener 19. Thereby distribute the forces acting on the housing structure, on two elements at a distance, which has the effect of a truss arrangement and leads to high strength and a reduction in torsional forces.
  • the carrier elements of the spacer structure can be guided through openings in the composite of secondary coil 16, ferrite core 17 and potting compound 18.
  • the ends of the bottom member 20 are inclined to the
  • FIG. 7 a shows by way of example an embodiment in which the carrier elements of the bottom element 20 are designed in the form of struts 23. This saves In contrast to a flat design, weight, but forces are in the
  • FIG. 7b shows by way of example an embodiment in which the carrier elements of the bottom element 20 are designed in the form of a plate 24.
  • FIG. 8 shows a carrier element 30 which has a multiplicity of carbon fibers 31, wherein all the carbon fibers 31 are arranged within a carrier element 30 without contact with respect to one another.
  • the plurality of carbon fibers 31 is provided with a reference numeral in FIG.
  • they are contact-free bundles
  • Carbon fibers wherein the bundles are not thicker than 0.1 mm in diameter.
  • the inventors of this invention have found that bundles up to this diameter or individual carbon fibers that do not contact each other can not form magnetic eddy currents because no current loops can form in the conductive carbon fibers.
  • a housing structure can be created which is neutral to an alternating magnetic field.
  • the spaced apart carbon fibers 31 and bundles may be embedded in a base material 32 in their spaced manner.
  • the base material 32 is an electrically non-conductive material, for example Lacquer, plastic or resin, in particular epoxy resin.
  • the spacing of the carbon fibers 31 or bundles can be achieved when embedding in the base material 32, for example by biasing the carbon fibers 31 or bundles during the surrounding with the base material 32.
  • the carbon fibers 31 or bundles are woven into a textile fabric, e.g. Aramid, inlaid or woven. It is also possible to space the individual carbon fibers 31 or bundles by painting the individual carbon fibers 31 or bundles with an electrically non-conductive lacquer.
  • the spacing of the carbon fibers 31 or bundles can be done in addition to embedding in the base material 32.
  • Fig. 10 shows another support member 40 which a variety of
  • Carbon fibers 41 has. To dispense with repetition, only the differences between the support member 30 and the support member 40 will be described below.
  • support member 40 the individual carbon fibers 41 and bundles are not all unidirectionally aligned, but arranged in the form of layers, all
  • Carbon fibers 41 and bundles are aligned unidirectionally within a layer.
  • the carbon fibers 41 or bundles of two adjacent layers are oriented differently, preferably they are rotated by 90 °.
  • Carbon fibers 41 or bundles are each a layer 42 made of electrically non-conductive fibers or textile,
  • Fig. 1 1 shows another embodiment of a secondary coil unit 1 12. In order to dispense with repetition, only the differences between the secondary coil unit 12 and the
  • the secondary coil unit 1 12 described.
  • the secondary coil unit 1 12 has an intermediate bottom 125, which between the
  • the secondary coil 16 is arranged between the intermediate bottom and the bottom element 20.
  • the intermediate bottom 125 comprises 5 or consists of support elements 30, 40, as described above.
  • the side members 122 unlike the side members 22, do not connect the bottom member to the fastener 19, but the bottom member 20 to the intermediate bottom 125. While the invention is described in detail in the drawings and in the accompanying drawings

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Induktionsladesystem für induktives Laden eines Kraftfahrzeugs, mit einer Induktionsspule (16), und einer Gehäusestruktur (20, 21, 22) für die Induktionsspule (16), mit Trägerelementen (30, 40) umfassend Kohlenstofffasern (31, 41 ), die so in ein Basismaterial (32) eingebettet sind, dass im Wesentlichen alle der einzelnen Kohlenstofffasern (31, 41 ) eines Trägerelements (30, 40) berührungsfrei in dem Trägerelement (30, 40) angeordnet sind oder dass die einzelnen Kohlenstofffasern (31, 41 ) in Kohlenstofffaserbündel von maximal 0,1 mm Durchmesser zusammengefasst sind und im Wesentlichen alle der Kohlenstofffaserbündel in dem Trägerelement (30, 40) berührungsfrei angeordnet sind. Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug mit solch einem Induktionsladesystem.

Description

Induktionsladesystem mit einer Gehäusestruktur mit berührungsfreien Kohlenstofffasern
Die Erfindung betrifft ein Induktionsladesystem für induktives Laden eines
Kraftfahrzeugs, mit einer Induktionsspule, und einer Gehäusestruktur für die Induktionsspule.
Aus der DE 10 2010 050 935 A1 ist eine Spuleneinheit bekannt, bei der die Spulenwicklungen und ein Ferritkern in eine Vergussmasse eingegossen sind.
Derartige Induktionsladesysteme dienen zum berührungslosen Laden eines elektrischen Energiespeichers eines Kraftfahrzeugs, wie beispielsweise eines Lithium-Ionen-Akkumulators. Zum Laden ist das Kraftfahrzeug, in dem eine Sekundärspule angeordnet ist, über einen längeren Zeitraum über einer Primärspule als Ladevorrichtung zu platzieren, welche ein sich änderndes Magnetfeld emittiert.
Fig. 1 zeigt beispielhaft eine am oder im Boden (z.B. Fahrbahn, Parkplatz, Garage) angeordnete Primärspuleneinheit 1 und eine am Unterboden eines Fahrzeugs 2 angeordnete Sekundärspuleneinheit 3. Zwischen der Primär- und Sekundärspuleneinheit ist ein Luftspalt vorhanden. Der Luftspalt sollte einerseits möglichst klein sein, um einen hohen Wirkungsgrad des
Induktionsladesystems zu erreichen und andererseits groß sein, um kein Hindernis für das Fahrzeug 2 darzustellen oder um nicht beim Überfahren durch das Fahrzeug 2 beschädigt zu werden.
Fig. 2 zeigt das Induktionsladesystem aus Fig. 1 etwas detaillierter. In der Primärspuleneinheit 1 und der Sekundärspuleneinheit 3 sind entsprechend eine Primärspule 4 und eine Sekundärspule 5 vorgesehen, die jeweils um eine Hochachse gewickelt und in Vertikalrichtung möglichst flach ausgebildet sind, so dass sich die Spulenwickiungen in der Horizontalen erstrecken. Die Pnmärspuie 4 ist im Wesentlichen gleich zur Sekundärspule 5 aufgebaut, jedoch vertikal gespiegelt, wobei die Primärspule 4 typischerweise größer ist als die Sekundärspule 5. Zum Führen der Magnetfeldlinien sind Ferritkerne 6 vorgesehen. Für den Schutz der Primär- und Sekundärspule 4, 5 sind die Spulen jeweils in einer Vergussmasse 7 aus magnetisch neutralem Material eingebettet. So muss die Sekundärspule 3 vor Steinschlag und Aufsetzen des Fahrzeugs 2 (z.B. an Bordsteinkanten) geschützt werden. Die Oberseite der Primärspule 1 muss Schutz gegen Beschädigungen beim Überfahren (z.B. PKW, LKW) oder gegen Eindrücken von Steinen bieten.
Fig. 3 zeigt eine geschnittene Draufsicht einer Induktionsspule, wie beispielsweise der Primärspule 4 oder der Sekundärspule 5. Beispielsweise kann die Spule im Wesentlichen quadratisch oder rund gewickelt sein.
Fig. 4 zeigt einen Feldlinienverlauf im Betrieb des Induktionsladesystems. Die Primärspule 4 erzeugt ein Magnetfeld dessen Magnetfeldlinien in Fig. 4 eingezeichnet sind. Einige der Feldlinien durchlaufen sowohl die Primär- als auch die Sekundärspule 4, 5, wohingegen andere Feldlinien nur die
Primärspule 4 durchlaufen. Der Anteil, der nur die Primärspule 4
durchlaufenden Feldlinien ist für einen guten Wirkungsgrad möglichst gering zu halten. Dies wird beispielsweise durch Gestaltung der die Feldlinien führenden Ferritkerne 6 erreicht. Andererseits ist darauf zu achten, dass eine Einhausung der Induktionsspulen, die, wie bereits erwähnt, zum Schutz der Induktionsspulen erforderlich ist, den Wirkungsgrad des
Induktionsladesystems nicht negativ beeinflusst.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Induktionsladesystem zur induktiven Energieübertragung zu schaffen, das einen guten Schutz vor mechanischen Beschädigungen bietet und dabei den Wirkungsgrad möglichst wenig negativ beeinflusst. Diese Aufgabe wird mit einem Induktionsladesystem mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind
Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung wird ein
Induktionsladesystem für induktives Laden eines Kraftfahrzeugs
bereitgestellt, mit einer Induktionsspule, und einer Gehäusestruktur für die Induktionsspule, mit Trägerelementen umfassend Kohlenstofffasern, die so in ein Basismaterial eingebettet sind, dass im Wesentlichen alle der einzelnen Kohlenstofffasern eines Trägerelements berührungsfrei in dem
Trägerelement angeordnet sind oder dass die einzelnen Kohlenstofffasern in Kohlenstofffaserbündel von maximal 0,1 mm Durchmesser zusammengefasst sind und im Wesentlichen alle der Kohlenstofffaserbündel in dem
Trägerelement berührungsfrei angeordnet sind. Der Begriff„im Wesentlichen alle" soll verdeutlichen, dass auch Trägerelemente, bei denen sich auf Grund von Toleranzen oder Fertigungsfehlem eine sehr geringe Anzahl an
Kohlenstofffasern bzw. Bündel doch berühren, auch als innerhalb des Schutzumfanges zu verstehen sind. Vorzugsweise bedeutet„im
Wesentlichen alle" mehr als 90% der Kohlenstofffasern bzw.
Kohlenstofffaserbündel innerhalb eines Trägerelements. Mehr bevorzugt bedeutet„im Wesentlichen alle" mehr als 95% der Kohlenstofffasern bzw. Kohlenstofffaserbündel innerhalb eines Trägerelements. Dadurch, dass sich die Kohlenstofffasern nicht berühren, können sich keine magnetischen Wirbelströme bilden. Durch diese Anordnung ist es möglich, die bisher ungeeigneten Kohlenstofffasern als Material zur Einhausung einer
Induktionsspule zu verwenden. Die Vorteile der Kohlenstofffasern liegen in ihrer Stabilität und dem geringen Gewicht.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist das
Basismaterial ein elektrisch nicht leitfähiges Material.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist das
Basismaterial Harz, Lack oder Kunststoff. Gemäß einem weiteren Ausfuhrungsbeispiel der Erfindung umfasst die Gehäusestruktur ein Bodenelement, auf dem die Induktionsspule angeordnet ist, wobei das Bodenelement ein Trägerelement in Form einer Platte oder mehrere Trägerelemente in Form von Streben umfasst.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung umfasst die Gehäusestruktur eine Distanzstruktur, welche das Bodenelement an einem Fahrzeugunterboden befestigt, wobei die Distanzstruktur ein Trägerelement in Form einer Platte oder mehrere Trägerelemente in Form von Streben umfasst.
—Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung umfasst die Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung umfasst die Gehäusestruktur ferner einen Zwischenboden, wobei die Induktionsspule zwischen dem Bodenelement und dem Zwischenboden angeordnet ist, wobei der Zwischenboden ein Trägerelement in Form einer Platte oder mehrere Trägerelemente in Form von Streben umfasst.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung sind die
Kohlenstofffasern eines Trägerelements im Wesentlichen alle unidirektional ausgerichtet.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung sind die
Kohlenstofffasern eines Trägerelements in Lagen angeordnet, wobei die Kohlenstofffasern innerhalb einer Lage im Wesentlichen alle unidirektional ausgerichtet sind.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung sind die
Kohlenstofffasern zweier benachbarter Lagen um 90° verdreht ausgerichtet.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung sind die einzelnen Kohlenstofffasern oder Kohlenstofffaserbündel zur Abstandswahrung mit einem elektrisch nicht leitfähigen Faden umwickelt. Beispielsweise kann der Faden zusätzlich zum Basismaterial angeordnet sein.
Darüber hinaus stellt die Erfindung ein Fahrzeug mit solch einem
Induktionsladesystem bereit.
Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. In diesen Zeichnungen ist Folgendes dargestellt:
Figur 1 zeigt ein Induktionsladesystem vom Stand der Technik;
Figur 2 zeigt das Indukttonsladesystem aus Fig. 1 mehr im Detail; Figur 3 zeigt eine geschnittene Draufsicht einer Induktionsspule des
Induktionsladesystems aus Fig. 1 ;
Figur 4 zeigt einen Feldlinienverlauf im Betrieb des
Induktionsladesystems aus Fig. 1 ;
Figur 5 zeigt ein Fahrzeug mit einem Induktionsladesystem gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
Figur 6 t eine Sekundärspuleneinheit des Induktionsladesyst
Figur 5 mehr im Detail;
Figur 7 a zeigt Trägerelemente in Form von Streben;
Figur 7b zeigt ein Trägerelement in Form einer Platte;
Figur 8 zeigt eine Ausführung eines Trägerelements; Figur 9 zeigt eine umwickelte Kohlenstofffaser;
Figur 10 zeigt eine andere Ausführung eines Trägerelements, und
Figur 1 1 zeigt eine Sekundärspuleneinheit des Induktionsladesystems gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel.
Figur 5 zeigt schematisch ein Induktionsladesystem gemäß einem
Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Das Induktionsladesystem umfasst eine Primärspuleneinheit 10, die in oder auf einem Boden 1 1 beispielsweise einer Fahrbahn, eines Parkplatzes, einer Abstellfiäche oder, wie in Fig. 5 angedeutet, einer Garage montiert ist. Die Primärspuleneinheit 10 wirkt mit einer Sekundärspuleneinheit 12 zusammen, die an oder in einem Kraftfahrzeug 13 vorgesehen ist. Vorzugsweise ist die
Sekundärspuleneinheit 12 an einem Unterboden des Kraftfahrzeugs 13 montiert. Das Kraftfahrzeug 13 weist einen elektrischen Energiespeicher 14, vorzugsweise einen Hochvolt-Akkumulator, wie beispielsweise einen Lithium- Ionen-Akkumulator auf, der über eine elektrische Leitung 15 elektrisch mit der Sekundärspuleneinheit 12 verbunden ist und über diese induktiv aufgeladen werden kann. Zwischen der Primärspuleneinheit 10 und der Sekundärspuleneinheit 12 verbleibt ein Luftspalt. Zum Aufladen des
Energiespeichers 14 emittiert die Primärspuleneinheit 10 ein sich änderndes Magnetfeld. Durch Induktion entsteht dadurch in der Sekundärspuleneinheit 12 der zum Laden des Energiespeichers 14 erforderliche Ladestrom.
Figur 6 zeigt die Sekundärspuleneinheit 12 detaillierter. Die
Sekundärspuleneinheit 12 umfasst eine Sekundärspule 16, deren
Wicklungen um eine Hochachse als Zentrum gewickelt sind. Die Wicklungen beschreiben dabei in einer Draufsicht im Wesentlichen eine quadratische (siehe Fig. 7a, 7b) oder runde Form, deren Mitte frei ist. Auf der der
Primärspule abgewandten Seite der Sekundärspule ist ein Ferritkern 17 angeordnet. Dieser wird zusammen mit der Sekundärspule 16 in einer Vergussmasse 18 eingebettet Die Sekundärspule 16 ist über die elektrische Leitung 15 mit dem elektrischen Energiespeicher 14 verbunden.
Erfindungsgemäß umfasst die Sekundärspuleneinheit 12 eine
Gehäusestruktur, die die Sekundärspule 16 trägt, umgibt und vor
mechanischen Beschädigungen schützt. Die Gehäusestruktur umfasst ein Befestigungselement 19, das vorzugsweise an einem Fahrzeugunterboden befestigt ist, ein Bodenelement 20, eine Distanzstruktur 21 und
Seitenelemente 22. Die Sekundärspule 16 ist zwischen dem
Befestigungselement 19 und dem Bodenelement 20 angeordnet. Das Befestigungselement 19 ist aus einem Material hoher Festigkeit,
beispielsweise Aluminium. Das Bodenelement 20, die Distanzstruktur 21 und die Seitenelemente 22 umfassen jeweils Trägerelemente oder bestehen aus Trägerelementen, die nachfolgend genauer erläutert werden, und die in Form von Platten oder Streben (beispielsweise mit rechteckigem oder rundem Querschnitt) ausgebildet sind (siehe Fig. 7a, 7b). Das Material der
Trägerelemente unterscheidet sich vom Material des Befestigungselements 19 und weist ein steiferes Elastizitätsmodul und Neutralität gegenüber einem magnetischen Wechselfeld auf, d.h. es handelt sich nicht um ein
ferromagnetisches Material oder ein Material, welches Wirbeiströme zulässt. Die Trägerelemente der Distanzstruktur 21 stehen im Wesentlichen senkrecht zum Befestigungselement 19 und zum Bodenelement 20 und beabstanden somit das Bodenelement 20 vom Befestigungselement 19. Dadurch verteilen sich die Kräfte, die auf die Gehäusestruktur wirken, auf zwei Elemente mit Abstand, was den Effekt einer Fachwerkanordnung hat und zu hoher Festigkeit und einer Verringerung der Torsionskräfte führt. Die Trägerelemente der Distanzstruktur können dabei durch Öffnungen in dem Verbund aus Sekundärspule 16, Ferritkern 17 und Vergussmasse 18 geführt werden. Die Enden des Bodenelements 20 sind mit schräg zum
Befestigungselement 19 verlaufenden Seitenelementen 22 verbunden.
Fig. 7a zeigt beispielhaft eine Ausführung, bei der die Trägerelemente des Bodenelements 20 in Form von Streben 23 ausbildet sind. Dies spart gegenüber einer flächigen Ausführung Gewicht, Kräfte werden jedoch im
Wesentlichen nur in einer Richtung gut aufgenommen.
Fig. 7b zeigt beispielhaft eine Ausführung, bei der die Trägerelemente des Bodenelements 20 in Form einer Platte 24 ausgebildet sind. Diese
Ausführung hat ein höheres Gewicht als Streben, Kräfte werden jedoch in zwei Dimensionen aufgenommen.
Nachfolgend werden beispielhaft verschiedene Ausführungen der
Trägerelemente beschrieben.
Fig. 8 zeigt ein Trägerelement 30 welches eine Vielzahl an Kohlenstofffasern 31 aufweist, wobei alle Kohlenstofffasern 31 innerhalb eines Trägerelements 30 berührungsfrei zueinander angeordnet sind. Der Übersichtlichkeit halber ist in Fig. 8 nur eine aus der Vielzahl an Kohlenstofffasern 31 mit einem Bezugszeichen versehen. Alternativ handelt es sich statt einzelner berührungsfreier Kohlenstofffasern um berührungsfreie Bündel aus
Kohlenstofffasern, wobei die Bündel nicht dicker als 0,1 mm im Durchmesser sind. Die Erfinder dieser Erfindung haben herausgefunden, dass sich bei Bündeln bis zu diesem Durchmesser oder einzelnen Kohlenstofffasern, die sich nicht berühren, keine magnetischen Wirbelströme ausbilden können, weil sich bei den leitfähigen Kohlenstofffasern keine Stromschleifen bilden können. Somit kann eine Gehäusestruktur geschaffen werden, die neutral gegenüber einem magnetischen Wechselfeld ist.
Ferner sind sämtliche der einzelnen Kohlenstofffasern bzw. Bündel innerhalb desselben Trägerelements 30 unidirektional ausgerichtet, d.h. die
Längsrichtungen verlaufen im Wesentlichen in die gleiche Richtung.
Die beabstandeten Kohlenstofffasern 31 bzw. Bündel können in ihrer beabstandeten Art und Weise in ein Basismaterial 32 eingebettet sein. Das Basismaterial 32 ist ein elektrisch nicht leitfähiges Material, beispielsweise Lack, Kunststoff oder Harz, insbesondere Epoxidharz. Die Beabstandung der Kohlenstofffasern 31 bzw. Bündel kann beim Einbetten in das Basismaterial 32 beispielsweise durch Vorspannen der Kohlenstofffasern 31 bzw. Bündel während des Umgebens mit dem Basismaterial 32 erreicht werden.
Außerdem ist möglich, die einzelnen Kohlenstofffasern 31 bzw. Bündel mit elektrisch nicht leitfähigen Fäden 33, z.B. Aramid, zu umwickeln, wie dies in Fig. 9 dargestellt ist. Alternativ werden die Kohlenstofffasern 31 bzw. Bündel in ein Textilgewebe, z.B. Aramid, eingelegt oder eingewebt. Ferner ist möglich, die einzelnen Kohlenstofffasern 31 bzw. Bündel durch Lackieren der einzelnen Kohlenstofffasern 31 bzw. Bündel mit einem elektrisch nicht leitenden Lack zu beabstanden.
Das Beabstanden der Kohlenstofffasern 31 bzw. Bündel kann zusätzlich zum Einbetten in das Basismateriai 32 erfolgen.
Fig. 10 zeigt ein anderes Trägerelement 40 welches eine Vielzahl an
Kohlenstofffasern 41 aufweist. Um auf Wiederholungen zu verzichten, werden nachfolgend nur die Unterschiede zwischen dem Trägereiement 30 und dem Trägerelement 40 beschrieben. Beim Trägerelement 40 sind die einzelnen Kohlenstofffasern 41 bzw. Bündel nicht alle unidirektional ausgerichtet, sondern in Form von Lagen angeordnet, wobei alle
Kohlenstofffasern 41 bzw. Bündel innerhalb einer Lage unidirektional ausgerichtet sind. Die Kohlenstofffasern 41 bzw. Bündel zweier benachbarter Lagen sind unterschiedlich ausgerichtet, vorzugweise sind sie um 90° verdreht. Zusätzlich kann zwischen zwei benachbarten Lagen aus
Kohlenstofffasern 41 bzw. Bündel jeweils eine Lage 42 aus elektrisch nicht leitfähigen Fasern oder Textil angeordnet sein,
Fig. 1 1 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Sekundärspuleneinheit 1 12. Um auf Wiederholungen zu verzichten, werden nachfolgend nur die Unterschiede zwischen der Sekundärspuleneinheit 12 und der
Sekundärspuleneinheit 1 12 beschrieben. Die Sekundärspuleneinheit 1 12 weist zusätzlich einen Zwischenboden 125 auf, der zwischen dem
Befestigungselement 19 und dem Bodenelement 20, vorzugsweise parallel zu diesen, verläuft. Die Sekundärspule 16 ist zwischen dem Zwischenboden und dem Bodenelement 20 angeordnet. Der Zwischenboden 125 umfasst 5 oder besteht aus Trägerelementen 30, 40, wie vorstehend beschrieben. Die Seitenelemente 122 verbinden im Unterschied zu den Seitenelementen 22 nicht das Bodenelement mit dem Befestigungselement 19, sondern das Bodenelement 20 mit dem Zwischenboden 125. i o Während die Erfindung detailliert in den Zeichnungen und der
vorangehenden Beschreibung veranschaulicht und beschrieben wurde, ist diese Veranschaulichung und Beschreibung als veranschaulichend oder beispielhaft und nicht als beschränkend zu verstehen und es ist nicht beabsichtigt die Erfindung auf die offenbarten Ausführungsbeispiele zu
15 beschränken. Die bloße Tatsache, dass bestimmte Merkmale in
verschiedenen abhängigen Ansprüchen genannt sind, soll nicht andeuten, dass eine Kombination dieser Merkmale nicht auch vorteilhaft genutzt werden könnte.
Bezugszeichenliste:
1 Primärspuleneinheit
2 Fahrzeug
3 Sekundärspuleneinheit
4 Primärspule
5 Sekundärspule
6 Ferritkerne
7 Vergussmasse
10 Primärspuleneinheit
1 1 Boden
12 Sekundärspuleneinheit
13 Kraftfahrzeug
14 Elektrischer Energiespeicher
15 Elektrische Leitung
16 Sekundärspule
17 Ferritkern
18 Vergussmasse
19 Befestigungselement
20 Bodenelement
21 Distanzstruktur
22 Seitenelemente
23 Streben
24 Platte
30 Trägerelement
31 Kohlenstofffaser
32 Basismaterial
40 Trägerelement
41 Kohlenstofffasern
42 Lage aus nicht-leitfähigem Materia
1 12 Sekundärspuleneinheit
122 Seitenelemente
125 Zwischenboden

Claims

Ansprüche
1 . Induktionsladesystem für induktives Laden eines Kraftfahrzeugs, mit einer Induktionsspule (16), und
einer Gehäusestruktur (20, 21 , 22) für die Induktionsspule (16), mit Trägerelementen (30, 40) umfassend Kohlenstofffasern (31 , 41 ), die so in ein Basismaterial (32) eingebettet sind, dass im Wesentlichen alle der einzelnen Kohlenstofffasern (31 , 41) eines Trägerelements (30, 40) berührungsfrei in dem Trägerelement (30, 40) angeordnet sind oder dass die einzelnen Kohlenstofffasern (31 , 41) in Kohlenstofffaserbündel von maximal 0, 1 mm Durchmesser zusammengefasst sind und im Wesentlichen alle der
Kohlenstofffaserbündel in dem Trägerelement (30, 40) berührungsfrei angeordnet sind.
2. Induktionsladesystem gemäß Anspruch 1 , wobei das Basismaterial (32) ein elektrisch nicht leitfähiges Material ist.
3. Induktionsladesystem gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Basismaterial (32) Harz, Lack oder Kunststoff ist.
4. Induktionsladesystem gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Gehäusestruktur ein Bodenelement (20) umfasst, auf dem die Induktionsspule (16) angeordnet ist, wobei das Bodenelement (20) ein Trägerelement (30, 40) in Form einer Platte (24) oder mehrere
Trägerelemente (30, 40) in Form von Streben (23) umfasst.
5. Induktionsladesystem gemäß Anspruch 4, wobei die Gehäusestruktur eine Distanzstruktur (21 ) umfasst, welche das Bodenelement (20) an einem Fahrzeugunterboden befestigt, wobei die Distanzstruktur (21 ) ein
Trägerelement (30, 40) in Form einer Platte (24) oder mehrere
Trägerelemente (30, 40) in Form von Streben (23) umfasst.
6. Induktionsladesystem gemäß Anspruch 4 oder 5, wobei die
Gehäusestruktur ferner einen Zwischenboden (125) umfasst, wobei die Induktionsspule (16) zwischen dem Bodenelement (20) und dem
Zwischenboden (125) angeordnet ist, wobei der Zwischenboden (125) ein Trägerelement (30, 40) in Form einer Platte (24) oder mehrere
Trägerelemente (30, 40) in Form von Streben (23) umfasst.
7. Induktionsladesystem gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Kohlenstofffasern (31 ) eines Trägerelements (30) im Wesentlichen alle unidirektional ausgerichtet sind.
8. Induktionsladesystem gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Kohlenstofffasern (41 ) eines Trägerelements (40) in Lagen angeordnet sind, wobei die Kohlenstofffasern (41 ) innerhalb einer Lage im Wesentlichen alle unidirektional ausgerichtet sind.
9. Induktionsladesystem gemäß Anspruch 8, wobei die Kohlenstofffasern (41 ) zweier benachbarter Lagen um 90° verdreht ausgerichtet sind.
10. Induktionsladesystem gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die einzelnen Kohlenstofffasern (31) oder Kohlenstofffaserbündel zur Abstandswahrung mit einem elektrisch nicht leitfähigen Faden (33) umwickelt sind.
1 1 . Fahrzeug (13) mit einem Induktionsladesystem gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche.
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