DE102010035634A1

DE102010035634A1 - Übertragungssystem zum Laden der Traktionsbatterien eines elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugs und Transformantorteil für das Übertragungssystem

Info

Publication number: DE102010035634A1
Application number: DE102010035634A
Authority: DE
Inventors: Norbert Bendicks; Rolf Märtens
Original assignee: Leopold Kostal GmbH and Co KG
Current assignee: Kostal Automobil Elektrik GmbH and Co KG
Priority date: 2010-08-27
Filing date: 2010-08-27
Publication date: 2012-03-01
Also published as: WO2012025597A3; WO2012025597A2

Abstract

Beschrieben wird ein Übertragungssystem zum Laden der Traktionsbatterien eines elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugs an einer Ladestation, die eine an das Kraftfahrzeug anfügbare Ankoppelvorrichtung mit mindestens einem Transformatorteil aufweist, durch das elektrische Energie induktiv auf ein Transformatorteil am Kraftfahrzeug übertragen werden kann, wobei das fahrzeugseitige Transformatorteil und/oder das ladestationsseitige Transformatorteil einen Ankoppelkörper aus einem flexiblen Kunststoffmaterial aufweist, der eine elektrische Spulenanordnung umgibt. Vorgeschlagen wird außerdem ein vorteilhafter Aufbau eines Transformatorteils für das Übertragungssystem.

Description

Die Erfindung betrifft ein Übertragungssystem zum Laden der Traktionsbatterien eines elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugs an einer Ladestation, die eine an das Kraftfahrzeug anfügbare Ankoppelvorrichtung mit mindestens einem Transformatorteil aufweist, durch das elektrische Energie induktiv auf ein Transformatorteil am Kraftfahrzeug übertragen werden kann. Die Erfindung betrifft des weiteren die Ausgestaltung eines am Kraftfahrzeug und/oder an der Ladestation verwendbaren Transformatorteils.
Ein derartiges Übertragungssystem ist in der nicht vorveröffentlichten Patentanmeldung DE 10 2010 022 740 beschrieben. Darin wird vorgeschlagen, ein Transformatorteil, ausgebildet durch beispielsweise ein mit wenigstens einer Spulenwicklung versehenes E-förmiges Joch hinter einem Kennzeichenschild eines Kraftfahrzeugs anzuordnen. Durch Heranführen des Kraftfahrzeugs an ein gleichartig ausgebildetes Transformatorteil an einer Ladestation ergänzen sich die Transformatorteile zu einem vollständigen Transformator, über den elektrische Energie von der Ladestation auf das Kraftfahrzeug zum Laden von Traktionsbatterien übertragen werden kann. Bei der vorgeschlagenen Anordnung befindet sich das Kennzeichenschild zwischen den Transformatorteilen. Das Kennzeichenschild besteht daher vorzugsweise aus einem Kunststoffmaterial.
Um eine möglichst verlustarme Kopplung der Transformatorteile zu erreichen, sind die miteinander zu verbindenden Transformatorteile möglichst exakt zueinander zu positionieren. Hierzu kann eine automatische Positioniervorrichtung an der Ladestation vorgesehen sein, welche beispielsweise mit Hilfe einer Kamera die Koppelflächen der Transformatorteile zueinander führt. Dies erfordert allerdings einen relativ aufwendigen Aufbau der Ladestation.
Hierbei können sich zudem Probleme ergeben, wenn beispielsweise das Kraftfahrzeug ungünstig zur Ladestation positioniert ist oder wenn das Kennzeichenschild des Kraftfahrzeugs keine exakt ebene Fläche ausbildet. Letzteres tritt insbesondere dann auf, wenn das Kennzeichenschild an die nicht ebene Karosserieform eines Kraftfahrzeug angepasst ist. In diesen Fällen ist ein nahes Anfügen einer ebenen Ankoppelvorrichtung nicht möglich, so dass kein optimaler Kopplungsgrad erreicht werden kann.
Es stellte sich daher die Aufgabe, ein Übertragungssystem zum Laden der Traktionsbatterien eines elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugs zu schaffen, das möglichst einfach aufgebaut ist und das eine gute induktive Kopplung zwischen dem Kraftfahrzeug und der Ladestation sicherstellt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das fahrzeugseitige Transformatorteil und/oder das ladestationsseitige Transformatorteil einen Ankoppelkörper aus einem flexiblen Kunststoffmaterial aufweist, der eine elektrische Spulenanordnung umgibt.
Die flexible Ausgestaltung wenigstens eines Transformatorteils stellt sicher, dass dieses eng an das gegenüberliegende Transformatorteil anfügbar ist, wodurch eine gute induktive Kopplung erzielt wird und Übertragungsverluste gering gehalten werden.
Mit einer Außenfläche eines flexibel ausgeführten fahrzeugseitigen Transformatorteils kann ein Kennzeichenschild aus einem flexiblen Kunststoffmaterial verbunden sein, da sich dieses zusammen mit dem flexiblen fahrzeugseitigen Transformatorteil dicht an das Transformatorteil der Ladestation anlegt und dadurch die induktive Ankopplung nicht beeinträchtigt.
Die folgende Beschreibung einer vorteilhaften Ausgestaltung von Transformatorteilen bezieht sich sowohl auf fahrzeugseitige wie auch auf ladestationsseitige Transformatorteile, da diese auf grundsätzlich gleiche Weise ausgeführt sein können.
So ist es vorteilhaft, wenn eine elektrische Spulenanordnung, bis auf die Zuleitungen, vollständig in den Ankoppelkörper eines Transformatorteils, etwa durch Eingießen oder Einkleben, eingekapselt ist, wodurch die Spulenanordnung berührungssicher angeordnet ist.
Ebenfalls vorteilhaft ist es, wenn in den Ankoppelkörper zusätzlich eine Ferritanordnung eingegossen oder eingeklebt ist. Die Ferritanordnung kann aus einem oder aus mehreren Ferritplättchen oder Ferritkernen bestehen. Die Ferritanordnung verbessert die induktive Kopplung zwischen den Transformatorteilen und ermöglicht es zudem, Störfelder nach außen abzuschirmen.
Durch die flexible Ausführung kann der Ankoppelkörper abgewinkelt oder gebogen und so an die Form des Anbauortes an der Fahrzeugkarosserie oder an der Ladestation angepasst werden.
Vorteilhaft ist es, wenn das Kunststoffmaterial aus dem der Ankoppelkörper besteht hochisolierend, temperaturbeständig und dauerhaft flexibel ist. Hochisolierend bedeutet hierbei, dass zumindest bei den in den Transformatorteilen auftretenden elektrischen Spannungswerten auf den Außenflächen der Ankoppelkörper keine gefährlichen Berührspannungen entstehen. Als Kunststoffmaterial kann vorteilhaft ein Polyurethan- oder ein Silikonmaterial eingesetzt werden.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Ankoppelkörper der Ladestation und des Kraftfahrzeugs beide auf die gleiche Weise ausgebildet sind, also beide jeweils aus einem flexiblen Kunststoffmaterial bestehen und eine eingegossene Spulenanordnung aufweisen.
Nachfolgend soll das erfindungsgemäße Übertragungssystem anhand der Zeichnung dargestellt und näher erläutert werden. Die 1 zeigt eine vereinfachte Prinzipdarstellung des Übertragungssystem; die 2 zeigt einen Längsschnitt durch den fahrzeugseitigen Ankoppelkörper und die 3 stellt das Übertragungssystem in einer Querschnittsansicht dar.
Das Aufbauprinzip des erfindungsgemäßen Übertragungssystems ist in der 1 skizziert. Dieses besteht aus zwei aneinander anfügbaren Transformatorteilen 2, 7, wobei ein Transformatorteil 7 zu einer hier nicht dargestellten Ladestation gehört und das andere Transformatorteil 2 ein Bestandteil eines elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeug ist, welches hier ebenfalls nicht im Detail erläutert werden soll.
Beide Transformatorteile 2, 7 weisen grundsätzlich den gleichen Aufbau auf und bestehen aus jeweils einer Spulenanordnung 3, 8 und einer Ferritanordnung 4, 9, die in jeweils einen aus einem flexiblen Kunststoffmaterial bestehenden Ankoppelkörper 1, 6 eingegossen sind. Als Kunststoffmaterial kann beispielsweise ein Polyurethan- oder ein Silikonmaterial vorgesehen sein. Wie die gebogene Form der Ankoppelkörper 1, 6 andeutet, sind diese mit den eingegossen Spulen- und Ferritanordnungen 3, 8, 4, 9 biegsam ausgebildet und können sich so beim Zusammenführen zur Herstellung einer induktiven Kopplung dicht aneinander annähern.
Wie die 1 weiter zeigt, ist an einer Außenfläche des fahrzeugseitigen Transformatorteils 2 ein Kennzeichenschild 5 angeordnet, welches ebenfalls aus einem biegsamen Kunststoff besteht und beim Zusammenführen der Transformatorteile 2, 7 zwischen diesen angeordnet ist. Aufgrund der geringen Dicke des nichtleitenden Kennzeichenschildes 5 wird die induktive Kopplung der Transformatorteile 2, 7 dabei nicht beeinträchtigt.
Die Ferritanordnungen 4, 9 in den Transformatorteilen 2, 7 sind Anreihungen plättchen- oder jochartig ausgebildeter Ferrite, welche einerseits eine gute magnetische Kopplung zwischen den Transformatorteilen 2, 7 bewirken und andererseits magnetische Störfelder nach außen abschirmen.
Die 2 zeigt einen Längsschnitt durch das fahrzeugseitige Transformatorteil 2. Dargestellt ist die Spulenanordnung 3, die in Form einer rechteckigen Spirale über die gesamte Fläche des Transformatorteils 2 gelegt ist und die in den Ankoppelkörper 1, bis auf die herausgeführten Zuleitungen 10, vollständig eingegossen ist. Erkennbar sind auch Abschnitte einer Ferritanordnung 4, die, wie die der 3 deutlicher zeigt, Joche mit einem E-förmigen Querschnitt ausbilden. Die Ferritanordnung 9 der Ladestation ist dazu symmetrisch aufgebaut, und weist somit ebenfalls ein E-förmiges Joch auf. Die dargestellte E-Form der Ferritanordnungen 4, 9 ist selbstverständlich rein beispielhaft und kann zur Optimierung der induktiven Kopplung und der magnetischen Abschirmung beliebig angepasst werden.
Das hier nur schematisch beschriebene Übertragungssystem funktioniert wie folgt: zum Laden der Traktionsbatterien fährt der Fahrer eines elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugs an eine Ladestation heran und fügt die Transformatorteile 2, 7 des Kraftfahrzeugs und der Ladestation zusammen. Die flexible Ausgestaltung der Ankoppelkörper 1, 6 bewirkt dabei einen Toleranzausgleich bezüglich Winkelstellung und Abstand der Transformatorteile 2, 7.
Das Transformatorteil 7 der Ladestation überträgt nun zum Laden der Traktionsbatterien auf induktivem Weg elektrische Energie auf das fahrzeugseitige Transformatorteil 2, bis beispielsweise ein vorgewählter Energiebetrag an das Kraftfahrzeug abgegeben wurde, oder ein Absinken des Ladestroms signalisiert, dass die Traktionsbatterien wieder ausreichend aufgeladen sind. Der Ladevorgang endet mit dem manuellen oder automatischen Trennen der Transformatorteile 2, 7.
Bezugszeichenliste

1: Ankoppelkörper (fahrzeugseitig)
2: Transformatorteil (fahrzeugseitig)
3: Spulenanordnung (fahrzeugseitig)
4: Ferritanordnung (fahrzeugseitig)
5: Kennzeichenschild
6: Ankoppelkörper (ladestationsseitig)
7: Transformatorteil (ladestationsseitig)
8: Spulenanordnung (ladestationsseitig)
9: Ferritanordnung (ladestationsseitig)
10: Zuleitungen

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 102010022740 [0002]

Claims

Übertragungssystem zum Laden der Traktionsbatterien eines elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugs an einer Ladestation, die eine an das Kraftfahrzeug anfügbare Ankoppelvorrichtung mit mindestens einem Transformatorteil aufweist, durch das elektrische Energie induktiv auf ein Transformatorteil am Kraftfahrzeug übertragen werden kann, dadurch gekennzeichnet, dass das fahrzeugseitige Transformatorteil (2) und/oder das ladestationsseitige Transformatorteil (7) einen Ankoppelkörper (1, 6) aus einem flexiblen Kunststoffmaterial aufweist, der eine elektrische Spulenanordnung (3, 8) umgibt.
Übertragungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das fahrzeugseitige Transformatorteil (2) hinter dem Kennzeichenschild (5) des Kraftfahrzeugs angeordnet ist.
Übertragungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Kennzeichenschild (5) aus einem flexiblen Kunststoff besteht und an dem fahrzeugseitigen Ankoppelkörper (1) anliegt oder mit diesem verbunden ist.
Transformatorteil für ein Übertragungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Spulenanordnung (3, 8) in den Ankoppelkörper (1, 6) eingegossen oder eingeklebt ist.
Transformatorteil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass in den Ankoppelkörper (1, 6) eine Ferritanordnung (4, 9) eingegossen oder eingeklebt ist.
Transformatorteil für ein Übertragungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ankoppelkörper (1, 6) aus einem hochisolierenden, temperaturbeständigen und dauerhaft flexiblen Kunststoffmaterial besteht.
Transformatorteil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Kunststoffmaterial ein Polyurethan- oder ein Silikonmaterial ist.