BE1020357A3 - Oplaadinrichting voor het draadloos opladen van een batterij en werkwijze om een dergelijke oplaadinrichting te bedrijven. - Google Patents

Description

Oplaadinrichting voor het draadloos opladen van een batterij en werkwijze om een dergelijke oplaadinrichting te bedrijven.

De uitvinding betreft een oplaadinrichting voor het draadloos opladen van een batterij en een werkwijze om een dergelijke oplaadinrichting te bedrijven.

Toestellen die bedoeld zijn gebruikt te worden met een batterij kunnen voorzien zijn om draadloos opgeladen te worden. Hiertoe wordt in het toestel en/of de batterij een elektronisch circuit, meestal één spoel of enkele spoelen, voorzien dat een variabel magnetisch veld kan omzetten in een laadstroom voor de batterij.

Dit variabele magnetisch veld dat nodig is voor het opladen wordt gegenereerd door een oplaadinrichting. Een dergelijke oplaadinrichting omvat opwekkingsmiddelen voor het genereren van het variabele magnetische veld, wederom meestal één spoel of enkele spoelen, en een elektronische sturing die zorgt voor de regeling en overige goede werking van de oplaadinrichting. Vanzelfsprekend is de inrichting voorzien van een verbinding met een stroombron om te kunnen werken.

Tijdens de werking van de oplaadinrichting wordt, vooral ter plaatse van de opwekkingsmiddelen, ook aanzienlijke warmte gegeneerd, die afgevoerd moet worden om te voorkomen dat onderdelen van de oplaadinrichting zouden oververhitten.

Hiertoe is traditioneel een koellichaam met een relatief groot oppervlak voorzien, dat meestal een plaatvormig stuk ijzer, staal of aluminium is, en dat in thermisch contact is met de opwekkingsmiddelen.

Al deze componenten zijn in een gezamenlijke behuizing ondergebracht.

Tijdens gebruik van de oplaadinrichting wordt de gegenereerde warmte in het koellichaam verspreid, en vanaf het koellichaam afgevoerd naar de omgeving.

Dit kan gebeuren door thermische geleiding via de behuizing of door ventilatieopeningen te voorzien in de behuizing.

Een nadeel van deze bekende oplaadinrichtingen is dat de behuizing relatief groot dient te zijn, en dus relatief duur is.

Tevens is de warmteafgifte beperkt. Hierdoor dienen relatief grote koellichamen voorzien te worden, wat het formaat van de oplaadinrichtingen ook relatief groot maakt en de productiekostprijs ervan relatief hoog, of dient alternatief de oplaadinrichting ontworpen te zijn om met een relatief lage stroom te werken, waardoor het opladen lang duurt.

Tevens kan het gemakkelijk gebeuren, vooral in warmere omgevingen, dat een oplaadinrichting door een aanwezige thermische beveiliging wordt afgeschakeld omdat de interne temperatuur een grenswaarde overschrijdt.

Dit is voor de gebruiker vervelend, omdat de batterij dan niet, of slechts gedeeltelijk is opgeladen wanneer de gebruiker het oplaadproces beëindigt, terwijl de gebruiker wel gerekend had op een volledige oplading.

De huidige uitvinding heeft tot doel aan minstens één van de voornoemde en andere nadelen een oplossing te bieden, doordat zij voorziet in een oplaadinrichting voor het draadloos opladen van een batterij, die opwekkingsmiddelen om een wisselend magnetisch veld op te wekken omvat en die een koellichaam omvat dat in thermisch contact staat met de opwekkingsmiddelen, waarbij het koellichaam een oppervlak heeft dat minimaal gedeeltelijk blootgesteld is aan de atmosfeer buiten de oplaadinrichting.

Alternatief kan dit gezien worden als een koellichaam dat een oppervlak heeft dat minimaal gedeeltelijk vrij toegankelijk is van buiten de oplaadinrichting of dat minimaal gedeeltelijk de buitenste begrenzing van de oplaadinrichting vormt.

Hierdoor wordt de warmteoverdracht naar de omgeving bij een gelijkblijvende grootte van het koellichaam sterk vergroot, omdat voor het koelen de geleiding van warmte door de behuizing en/of het debiet aan ventilatielucht van minder of geen belang zijn, waardoor een hogere stroom met bijbehorend kortere oplaadtijden gebruikt kan worden en/of waardoor er minder risico op oververhitting van de oplaadinrichting bestaat.

Ook kan een oplaadinrichting met een gelijke oplaadcapaciteit met een kleiner koellichaam worden uitgevoerd.

Bij voorkeur is het koellichaam uit metaal gemaakt, meer specifiek hoofdzakelijk uit ijzer of aluminium.

In een voorkeurdragende uitvoeringsvorm omvat de oplaadinrichting een behuizing rond de opwekkingsmiddelen, waarbij de behuizing niet voorzien is van ventilatieopeningen, oftewel waarbij de behuizing volledig afgesloten is.

Een voordeel hiervan is dat bij deze uitvoeringsvorm er geen ventilatiekanalisatie en ventilatieopeningen in de behuizing voorzien dienen te zijn, waardoor de behuizing compacter uitgevoerd kan worden, en waardoor de gevoelige elektronische componenten die zich in de behuizing bevinden beter afgeschermd zijn van stof en vocht.

In een verdere voorkeurdragende uitvoeringsvorm omvat de oplaadinrichting een oplaadplatform en steunt het oplaadplatform direct of indirect, al dan niet volledig, op het koellichaam.

In deze uitvoeringsvorm heeft het koellichaam een dubbele functie, meer specifiek een functie in de koeling van de opwekkingsmiddelen en een functie als constructie-element.

Hierdoor zijn minder of eenvoudiger onderdelen nodig voor de oplaadinrichting.

In nog een verdere voorkeurdragende uitvoeringsvorm definieert het koellichaam minimaal deels de kleinste geometrische balk die de oplaadinrichting omschrijft.

Dit wil dus zeggen dat het koellichaam minimaal deels samenvalt met een vlak van de kleinste geometrische balk, dus het kleinste zesvlak met rechte hoeken, waarin de oplaadinrichting past.

Met andere woorden betekent dit dat de kleinste fictieve geometrische balk waarin de oplaadinrichting past, minimaal deels gedefinieerd wordt door het koellichaam.

Dit heeft als voordeel dat een deel van het koellichaam zich werkelijk aan de buitenkant van de oplaadinrichting bevindt, en bijvoorbeeld niet slechts in een verdieping van de behuizing, of slechts aan de naar een ondergrond gekeerde zijde van de oplaadinrichting. Hierdoor wordt een ongestoorde luchtstroming bij het betreffende deel van het koellichaam bereikt, waardoor de warmteafgifte naar de buitenlucht beter is.

In een bijzondere uitvoeringsvorm zijn de opwekkingsmiddelen minimaal deels door een behuizing omringd, waarbij het koellichaam minimaal deels buiten de behuizing steekt, en heeft het koellichaam minimaal twee benen en een basis waarbij de benen als steunen voor de oplaadinrichting dienen en de opwekkingsmiddelen in thermisch contact zijn met de basis.

Op deze manier wordt met een zeer beperkt gebruik aan componenten en materiaal een compacte oplaadinrichting verkregen die een hoge koelcapaciteit heeft, en daarmee een potentieel hoge laadstroom kan leveren.

In een andere bijzondere uitvoeringsvorm omvat de oplaadinrichting een behuizing voor de opwekkingsmiddelen die minimaal deels gevormd wordt door het koellichaam, waarbij bij voorkeur het koellichaam volledig deel uitmaakt van de behuizing.

Ook op deze manier wordt met een zeer beperkt gebruik aan componenten en materiaal een compacte oplaadinrichting verkregen die een hoge koelcapaciteit heeft en daarmee een potentieel hoge laadstroom kan leveren.

De uitvinding betreft tevens een werkwijze voor het draadloos opladen van een batterij door middel van een oplaadinrichting, waarbij door de oplaadinrichting gegenereerde warmte minimaal deels wordt afgevoerd via een koellichaam van de oplaadinrichting waarvan het oppervlak minimaal deels blootgesteld is aan de atmosfeer buiten de oplaadinrichting.

Met het inzicht de kenmerken van de uitvinding beter aan te tonen, zijn hierna, als voorbeeld zonder enig beperkend karakter, enkele voorkeurdragende uitvoeringsvormen beschreven van een oplaadinrichting volgens de uitvinding en een werkwijze volgens de uitvinding, met verwijzing naar de bijgaande tekeningen, waarin:

Figuur 1 schematisch en in perspectief een oplaadinrichting volgens de stand van de techniek weergeeft, samen met een niet tot de oplaadinrichting behorend op te laden toestel; figuur 2 een doorsnede geeft volgens lijn II-II van de oplaadinrichting van figuur 1; figuur 3 schematisch en in perspectief een oplaadinrichting volgens de uitvinding weergeeft, samen met een niet tot de oplaadinrichting behorend op te laden toestel; figuur 4 een doorsnede geeft volgens lijn IV-IV van de oplaadinrichting van figuur 3; figuur 5 schematisch en in perspectief een alternatieve oplaadinrichting volgens de uitvinding weergeeft, samen met een niet tot de oplaadinrichting behorend op te laden toestel; en figuur 6 een doorsnede geeft volgens lijn VI-VI van de oplaadinrichting van figuur 5.

De traditionele oplaadinrichting 1 van figuren 1 en 2 omvat een behuizing 2 in twee delen, 2a, 2b. De bovenkant van de behuizing 2 vormt een oplaadplatform, dat wil zeggen een oppervlak bedoeld om een op te laden toestel 3 op te plaatsen, wat in dit geval is weergegeven als een vlak oppervlak zodat toestellen 3 met een verschillende vorm en grootte kunnen worden opgeladen.

In de behuizing 2 bevinden zich opwekkingsmiddelen om een wisselend magnetisch veld op te wekken, in dit voorbeeld een spoel 4. Onder de spoel 4 is een laag 5 zacht- magnetisch materiaal aangebracht waarmee de spoel 4 in thermisch contact is, in dit geval door een thermisch geleidende pasta 6.

De laag 5 zacht-magnetisch materiaal is in thermisch contact met een koellichaam 7, gemaakt in de vorm van een aluminium plaatje.

Onder het koellichaam 7 bevindt zich een elektronische sturing 8, die een verbinding 9 met een externe stroombron heeft, en die door middel van voedingsdraden 10 met de spoel 4 verbonden is.

De behuizing 2 is voorzien van ventilatieopeningen 11. De behuizing 2 wordt door voetjes op een kleine afstand van het oppervlak waarop de oplaadinrichting 1 geplaatst is, gehouden.

De werking van de oplaadinrichting 1 is eenvoudig en als volgt.

Wanneer een toestel 4 opgeladen dient te worden, zet de elektronische sturing 8 de stroom, ontvangen van de externe stroombron, om in een hoog-frequente wisselstroom, die door de spoel 4 wordt omgezet in een variabel magnetisch veld, dat zich, zowel naar boven, als naar beneden uitstrekt, en die door het toestel 3 opnieuw kan worden omgezet in een laadstroom voor de zich in het toestel 3 bevindende batterij.

De elektronische sturing 8 kan hiernaast nog andere functionaliteiten omvatten, zoals bijvoorbeeld een communicatiefaciliteit met een op de oplaadinrichting 1 geplaatst toestel 3, of een thermische beveiliging tegen werking bij temperaturen hoger dan een grenswaarde.

De laag 5 zacht-magnetisch materiaal beschermt het koellichaam 7 en de elektronische sturing 8 tegen de effecten van het variabele magnetisch veld.

Tijdens de werking van de oplaadinrichting 1 wordt een significante hoeveelheid warmte gegenereerd, vooral door de spoel 4.

Deze warmte wordt afgegeven aan het koellichaam 7, dat op zijn beurt door lucht, die via de ventilatieopeningen 11 de behuizing 2 binnenkomt en opnieuw verlaat, gekoeld wordt. .

De oplaadinrichting 1 volgens de uitvinding zoals getoond in figuren 3 en 4 heeft dezelfde hoofdcomponenten als de eerder beschreven oplaadinrichting 1, en verschilt op de volgende punten van de eerder beschreven traditionele oplaadinrichting 1.

De formaten van het koellichaam 7 en de behuizing 2 zijn zodanig aangepast dat het koellichaam 7 buiten de behuizing 2 steekt, waardoor het oppervlak 12 van het koellichaam 7 minimaal gedeeltelijk blootgesteld is aan de atmosfeer buiten de oplaadinrichting 1.

De behuizing 2 is niet voorzien van ventilatieopeningen 11.

Het koellichaam 7 is' niet langer een vlak, maar een U-vormig plaatje aluminium, met een basis 13 en twee benen 14, waarbij de benen 14 steunen vormen om de oplaadinrichting 1 te laten steunen op het oppervlak waarop deze geplaatst is.

Indirect wordt hierdoor het oplaadplatform ondersteund door de benen 14 van het koellichaam 7.

De werking van de oplaadinrichting 1 volgens figuren 3 en 4 is beter dan van de oplaadinrichting volgens figuren 1 en 2, doordat de tijdens de werking gegenereerde warmte via het koellichaam 7 rechtstreeks tot buiten de behuizing 2 wordt geleid.

Van het deel van het oppervlak 12 van het koellichaam buiten de behuizing 2 kan daardoor rechtstreeks aan de buitenlucht veel meer warmte per tijdseenheid worden afgevoerd dan in de eerder beschreven traditionele oplaadinrichting 1, waarin de behuizing 2 een optimale warmteafvoer hindert.

De oplaadinrichting 1 volgens de uitvinding en zoals getoond in figuren 5 en 6 heeft dezelfde hoofdcomponenten als de oplaadinrichting van figuren 1 en 2, en verschilt hiervan op de volgende punten.

Het deel 2a van de behuizing 2 wordt in dit geval gevormd door het koel lichaam 7, dat hiertoe gevormd is als een ondiep open doosje. Het deel 2b van de behuizing 2 wordt gevormd door een afdekplaatje dat tevens als oplaadplatform dienst doet.

In de behuizing 2 zijn de elektronische sturing 8 en de spoel 4 niet onder elkaar, maar naast elkaar aangebracht, waarbij onder de sturing 8 een isolatielaag 15 is aangebracht.

De behuizing 2 is niet voorzien van ventilatieopeningen 11.

In deze oplaadinrichting 1 wordt het oplaadplatform door het koellichaam 7 ondersteund.

Net als bij de oplaadinrichting 1 van figuren 3 en 4 wordt in dit geval de tijdens de werking gegenereerde warmte efficiënt afgevoerd naar het buitenoppervlak van behuizingsdeel 2a, dat blootstaat aan de atmosfeer buiten de oplaadinrichting 1.

Naast de door de spoel 4 opgewekte warmte kan ook de door andere onderdelen van de oplaadinrichting gegenereerde warmte via het koellichaam 7 worden afgevoerd. Hiertoe dienen deze onderdelen warmtegeleidend met het koellichaam te worden verbonden. Dit betreft vooral, maar niet exclusief, de voedingsdraden 10 en de sturing 8.

De huidige uitvinding is geenszins beperkt tot de als voorbeeld beschreven en in de figuren weergegeven uitvoeringsvormen, doch een oplaadinrichting en werkwijze kunnen volgens verschillende varianten worden verwezenlijkt zonder buiten het kader van de uitvinding te treden.

Claims (16)

1. Oplaadinrichting (1) voor het draadloos opladen van een batterij, die opwekkingsmiddelen (4) om een wisselend magnetisch veld op te wekken omvat en die een koellichaam (7) omvat dat in thermisch contact staat met de opwekkingsmiddelen (4), daardoor gekenmerkt dat het koellichaam (7) een oppervlak (12) heeft dat minimaal gedeeltelijk blootgesteld is aan de atmosfeer buiten de oplaadinrichting (1).

2. Oplaadinrichting (1) volgens conclusie 1, daardoor gekenmerkt dat het koellichaam (7) minimaal deels de kleins-te geometrische balk definieert die de oplaadinrichting (1) omschrijft.

3. Oplaadinrichting (1) volgens conclusie 1 of 2, daardoor gekenmerkt dat deze een behuizing (2) rond de opwekkingsmiddelen (4) omvat, waarbij de behuizing (2) niet voorzien is van ventilatieopeningen.

4. Oplaadinrichting (1) volgens één van de voorgaande conclusies, daardoor gekenmerkt dat deze tevens een elektronische sturing (8) omvat voor aansturing van de opwekkingsmiddelen (4), waarbij de opwekkingsmiddelen (4) en de elektronische sturing (8) gezamenlijk door een minimaal tweedelige behuizing (2) worden omringd.

5. Oplaadinrichting (1) volgens één van de voorgaande conclusies, daardoor gekenmerkt dat deze een oplaadplatform omvat en dat het oplaadplatform direct of indirect steunt op het koellichaam (7).

6. Oplaadinrichting (1) volgens conclusie 5, daardoor gekenmerkt dat het oplaadplatform direct of indirect volledig steunt op het koellichaam (7).

7. Oplaadinrichting (1) volgens één van de voorgaande conclusies, daardoor gekenmerkt dat het koellichaam (7) uit metaal gemaakt is.

8. Oplaadinrichting (1) volgens conclusie 7, daardoor gekenmerkt dat het koellichaam (7) hoofdzakelijk uit ijzer of aluminium gemaakt is.

9. Oplaadinrichting (1) volgens één van de voorgaande conclusies, daardoor gekenmerkt dat de opwekkingsmiddelen (4) minimaal deels door een behuizing (2) omringd zijn, waarbij het koellichaam (7) minimaal deels buiten de behuizing (2) steekt.

10. Oplaadinrichting (1) volgens conclusie 9, daardoor gekenmerkt dat het koellichaam (7) minimaal twee benen (14) en een basis (13) heeft en waarbij de benen (14) als steunen voor de oplaadinrichting (1) dienen en de opwekkingsmiddelen (4) in thermisch contact zijn met de basis (13).

11. Oplaadinrichting (1) volgens conclusies 4 en 5 en 10, daardoor gekenmerkt dat het koellichaam (7) een U-vormige doorsnede heeft waarvan de benen (14) naar beneden wijzen, dat de opwekkingsmiddelen (4) zich op de basis (13) bevinden in een eerste deelbehuizing (2b), dat de elektronische sturing (8) zich onder de basis (13) en tussen de benen (14) bevindt in een tweede deelbehuizing (2a) , waarbij het oplaadplatform zich op de eerste deelbehuizing (2b) bevindt, of daardoor gevormd wordt.

12. Oplaadinrichting (1) volgens één van de conclusies 1 tot 8, daardoor gekenmerkt dat de oplaadinrichting (1) een behuizing (2) voor de opwekkingsmiddelen (4) omvat die minimaal deels gevormd wordt door het koellichaam (7).

13. Oplaadinrichting (1) volgens conclusie 12, daardoor gekenmerkt dat het koellichaam (7) volledig deel uitmaakt van de behuizing (2).

14. Oplaadinrichting (1) volgens conclusies 4 en 5 en 13, daardoor gekenmerkt dat de behuizing (2) een bovenkant, een onderkant en zijkanten heeft, waarbij de onderkant gevormd wordt door het koellichaam (7) en de bovenkant minimaal deels gevormd wordt door een afdekplaat die niet tot het koellichaam (7) behoort.

15. Werkwijze voor het draadloos opladen van een batterij door middel van een oplaadinrichting (1) , daardoor gekenmerkt dat door de oplaadinrichting (1) gegenereerde warmte minimaal deels wordt afgevoerd via een koellichaam (7) van de oplaadinrichting (1) waarvan het oppervlak minimaal deels blootgesteld is aan de atmosfeer buiten de oplaadinrichting (1).

16.- Werkwijze volgens conclusie 15, daardoor gekenmerkt dat door de oplaadinrichting (1) gegenereerde warmte minimaal deels wordt afgevoerd via een koellichaam (7) van de oplaadinrichting (1) waarvan het oppervlak minimaal deels de kleinste geometrische balk definieert die de oplaadinrichting (1) omschrijft.