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Die Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug mit einem Kraftfahrzeug-Energiesystem zum Versorgen des Kraftfahrzeugs mit elektrischer Energie, mit einem elektrischen Energiespeicher und einer induktiven Ladeeinheit zum induktiven Empfangen von Energie aus einem magnetischen Wechselfeld sowie zum Bereitstellen einer elektrischen Leistung zum Aufladen des elektrischen Energiespeichers. Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufladen eines elektrischen Energiespeichers eines Kraftfahrzeugs.
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Ein System zum zur Energieversorgung eines Elektrofahrzeugs ist beispielsweise in der
EP 2 463 162 A3 beschrieben. Das System weist eine Batterie auf, welche in standardisierte, längliche Batteriemodule aufgeteilt ist, die beim Batteriewechsel von der Seite her ausgetauscht werden können.
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Um einen Komfort für einen Nutzer beim Betreiben eines Kraftfahrzeugs mit einem elektrischen Energiespeicher, insbesondere einem Elektrofahrzeug, zu erhöhen, ist außerdem eine induktive Energieübertragung aus dem Stand der Technik bekannt. Im Rahmen der induktiven Energieübertragung kann die induktive Ladeeinheit des Kraftfahrzeugs induktiv beziehungsweise magnetisch mit einer Erregerspule einer Ladeeinheit koppelbar sein. Die induktive Ladeeinheit kann dann die Energie aus einem magnetischen Wechselfeld der Erregerspule empfangen. In der induktiven Ladeeinheit wird dabei insbesondere eine elektrische Spannung als Ladespannung zum Aufladen des elektrischen Energiespeichers induziert.
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In diesem Kontext beschreibt die
US 2014/0 001 875 A1 ein mobiles Endgerät, welches nicht nur in der Lage ist, kabellos elektrische Energie von einem Quellgerät zu empfangen sondern auch dazu ausgebildet ist, elektrische Energie kabellos an ein Zielgerät zu übertragen.
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Um die Nutzbarkeit eines Kraftfahrzeugs mit einem elektrischen Energiespeicher, insbesondere eines Elektrofahrzeugs, zu verbessern, ist insbesondere ein möglichst komfortables Laden des elektrischen Energiespeichers zu ermöglichen. Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein komfortableres Laden des elektrischen Energiespeichers zu ermöglichen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Ausführungsformen mit zweckmäßigen Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche, der Beschreibung und der Figuren.
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Um nun das eingangs genannte Kraftfahrzeug-Energiesystem gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 derart weiterzuentwickeln, dass eine kürzere Ladezeit beim induktiven Laden des elektrischen Energiespeichers ermöglicht wird, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass der elektrische Energiespeicher mehrere Teilspeicher aufweist, wobei jeder der Teilspeicher innerhalb des Energiesystems einzeln kontaktierbar ist, die induktive Ladeeinheit mehrere Teilladeeinheiten aufweist, wobei jedem der Teilspeicher jeweils genau eine der Teilladeeinheiten zugeordnet ist und wobei die mehreren Teilladeeinheiten jeweils zumindest eine Spule aufweisen, welche an einem nach Art eines Kühlergrills ausgeformten vorderen Bereich des Kraftfahrzeugs angeordnet sind, und jeder der mehreren Teilspeicher genau durch die ihm zugeordneten der Teilladeeinheiten aufladbar ist. Mit anderen Worten ist der elektrische Energiespeicher in die mehreren Teilspeicher unterteilt, wobei jeder der Teilspeicher genau durch eine der mehreren Teilladeeinheiten aufladbar ist. Dabei ist jede der Teilladeeinheiten dazu ausgebildet, jeweils genau einen der Teilspeicher aufzuladen. Mit anderen Worten ist jede der Teilladeeinheiten dazu ausgebildet, für jeweils genau einen der Teilspeicher einen Teil der elektrischen Leistung zum Aufladen des elektrischen Energiespeichers bereitzustellen. Die elektrische Leistung zum Aufladen des Energiespeichers wird somit durch jede der Teilladeeinheiten zu einem Bruchteil bereitgestellt.
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Bei den Spulen der Ladeeinheit beziehungsweise der Teilladeeinheiten handelt es sich insbesondere um elektrische Spuren, also um Induktivitäten. Die Spulen sind in einer Frontpartie des Kraftfahrzeugs an dem restlichen Kraftfahrzeug angeordnet. Die Frontpartie ist nach Art eines Kühlergrills ausgestaltet. Die Spulen können von außerhalb des Kraftfahrzeugs betrachtet innerhalb oder hinterhalb des Kühlergrill, insbesondere innerhalb oder hinterhalb von Nieren des Kühlergrills, angeordnet sein. Der Kühlergrill kann somit eine Verkleidung für die Spulen ausbilden.
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In weiterer Ausgestaltung kann das Kraftfahrzeug in dem nach Art eines Kühlergrills ausgeformten vorderen Bereich zumindest eine Klappe aufweist, welche zwischen einer Nichtladestellung und einer Ladestellung verlagerbar ist, wobei die Spulen der mehreren Teilladeeinheiten (8) durch die Klappe in der Nichtladestellung verdeckt und in der Ladestellung nicht verdeckt sind. Die Klappe kann zum Verlagern zwischen der Nichtladestellung und der Ladestellung mittels eines Motors des Kraftfahrzeugs elektrisch bewegbar sein. Mit anderen Worten kann im vorderen Bereich des Kraftfahrzeugs ein Motor zum Verlagern der zumindest einen Klappe angeordnet sein.
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Gemäß einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass das Kraftfahrzeug einen Einparkassistenten aufweist, der eingerichtet ist, das Kraftfahrzeug autonom in eine Ladeposition relativ zu einer Erregereinheit zu fahren und einen Ladevorgang zu initiieren. In der Ladeposition kann das Kraftfahrzeug eine vorbestimmte Relativposition relativ zu Erregereinheit einnehmen. Das Initiieren des Ladevorgangs kann das Ausgeben eines Befehls zum Verlagern der Klappe von der Nichtladestellung in die Ladestellung umfassen.
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Jede der Teilladeeinheiten kann jeweils eine oder mehrere Spulen umfassen. Bei den jeweiligen Spulen der Teilladeeinheiten handelt es sich vorzugsweise um jeweilige Empfängerspulen, welche Energie aus dem magnetischen Wechselfeld induktiv empfangen und anhand dessen eine jeweilige elektrische Spannung bereitstellen. Die jeweilige Spannung einer der Teilladeeinheiten kann an den der jeweiligen Teilladeeinheit zugeordneten Teilspeicher anlegbar sein.
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Die einzelne Kontaktierbarkeit jedes der Teilspeicher innerhalb des Energiesystems kann durch jeweilige Kontakte realisiert sein, welche aus einem Inneren des elektrischen Energiespeichers nach außen geführt sind. Das Energiesystem kann eine Schalteinrichtung aufweisen, welche dazu ausgebildet ist, die mehreren Teilspeicher abwechselnd parallel und in Reihe zueinander zu schalten sowie die mehreren Teilspeicher elektrisch voneinander zu trennen. Beispielsweise ist die Schalteinrichtung hierzu an die jeweiligen Kontakte der mehreren Teilspeicher angeschlossen.
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Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufladen eines elektrischen Energiespeichers gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 6. Zur Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe ist vorgesehen, dass mehrere Teilspeicher des elektrischen Energiespeichers jeweils durch genau eine, jeweils unterschiedliche und an einem nach Art eines Kühlergrills ausgeformten vorderen Bereich des Kraftfahrzeugs angeordnete Teilladeeinheit der induktiven Ladeeinheit aufgeladen werden.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnungen. 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.
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Dabei zeigen:
- 1 ein Blockdiagramm eines Kraftfahrzeug-Energiesystems;
- 2 ein Kraftfahrzeug mit einem solchen Kraftfahrzeug-Energiesystem schematisch aus einer ersten Perspektive;
- 3 dasselbe Kraftfahrzeug schematisch aus einer zweiten Perspektive.
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1 zeigt ein Kraftfahrzeug-Energiesystem 1 mit einem elektrischen Energiespeicher 3 und einer induktiven Ladeeinheit 7. Die Ladeeinheit 7 ist zum induktiven Empfangen von Energie aus einem magnetischen Wechselfeld ausgebildet. Außerdem ist die induktive Ladeeinheit 7 zum Bereitstellen einer elektrischen Leistung zum Aufladen des elektrischen Energiespeichers 3 ausgebildet.
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Vorliegend ist der elektrische Energiespeicher 3 in mehrere Teilspeicher 4 unterteilt. Jeder der Teilspeicher 4 kann hierzu innerhalb des Kraftfahrzeug-Energiesystems 1 einzeln kontaktierbar sein. Hierzu sind vorliegend jeweilige Anschlüsse 12 für jeden der Teilspeicher 4 aus einem Gehäuse 13 des elektrischen Energiespeichers 3 herausgeführt. Jeder der Teilspeicher 4 weist vorliegend mehrere Zellen 5 auf. Mit anderen Worten sind eine Vielzahl von Zellen 5 des elektrischen Energiespeichers 3, insbesondere symmetrisch beziehungsweise zu gleichen Anteilen, auf die mehreren Teilspeicher 4 aufgeteilt. Die Zellen 5 eines der Teilspeicher 4 können innerhalb des jeweiligen Teilspeichers 4 in Reihe, parallel oder gemischt in Reihe und parallel untereinander verbunden sein.
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Die induktive Ladeeinheit 7 weist mehrere Teilladeeinheiten 8 auf. Jede der mehreren Teilladeeinheiten 8 kann in hier nicht dargestellten Ausführungsformen jeweils mehrere Spulen 20 aufweisen. Vorliegend weist jede der Teilladeeinheiten 8 durch jeweils genau eine Spule 20 ausgebildet. Die Teilladeeinheiten 8 beziehungsweise deren Spulen 20 sind jeweils dazu ausgebildet, Energie aus dem magnetischen Wechselfeld in Form eines Teils der elektrischen Leistung zum Aufladen des elektrischen Energiespeichers bereitzustellen. Bei den Spulen 20 der Teilladeeinheiten 8 handelt es sich somit um Induktivitäten. In jede der Spulen 20 der Teilladeeinheiten 8 wird während eines Ladevorgangs durch das magnetische Wechselfeld eine Spannung induziert.
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Das Kraftfahrzeug-Energiesystem 1 weist vorliegend zusätzlich eine Schalteinrichtung 6 auf. Die Schalteinrichtung 6 weist Schaltelemente 10, 11 auf. Die Schalteinrichtung 6 ist dazu ausgebildet, die mehreren Teilspeicher 4 abwechselnd parallel und in Reihe zueinander zu schalten. Die Schalteinrichtung 6 weist Anschlüsse 14 zum Bereitstellen einer elektrischen Leistung im elektrischen Energiespeicher 3 auf. Beispielsweise wird mittels der Anschlüsse 14 die elektrische Leistung aus dem Energiespeicher 3 zum Betreiben eines Verbrauchers eines Kraftfahrzeugs 2, insbesondere eines Elektromotors des Kraftfahrzeugs 2, bereitgestellt. Zusätzlich kann die Schalteinrichtung 6 dazu ausgebildet sein, den elektrischen Energiespeicher 3 mit der Ladeeinheit 7 elektrisch zu verbinden und zu trennen. Dies soll im Folgenden noch genauer erläutert werden. Im vorliegenden Beispiel können die Teilspeicher 4 bezüglich der Anschlüsse 14 beispielsweise durch Schließen der Schalter 10 und Öffnen der Schalter 11 in Reihe geschaltet werden sowie durch Öffnen der Schalter 10 und Schließen der Schalter 11 parallel geschaltet werden.
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Jeder der Teilladeeinheiten 8 ist vorliegend genau einem der Teilspeicher 4 zugeordnet. Dabei ist vorgesehen, dass jede der Teilladeeinheiten 8 dazu ausgebildet ist, genau den ihr zugeordneten der Teilspeicher 4 mit elektrischer Energie beziehungsweise einer elektrischen Leistung zum Aufladen zu versorgen. Mit anderen Worten ist das Energiesystem 1 derart ausgeführt, dass eine elektrische Spannung, welche in die eine Spule 20 oder die mehreren Spulen 20 einer der Teilladeeinheiten 8 induziert wird, genau und ausschließlich an die Anschlüsse 12 des der jeweiligen Teilladeeinheit 8 zugeordneten Teilspeichers 4 angelegt werden kann. Mit anderen Worten ist das Energiesystem 1 derart ausgeführt, dass jeder der Teilspeicher 4 jeweils durch genau eine der Teilladeeinheiten 8, nämlich die dem jeweiligen Teilspeicher 4 zugeordnete, aufgeladen wird beziehungsweise mit einem Teil der elektrischen Leistung zum Aufladen versorgt wird. Insbesondere ist jede der mehreren Teilladeeinheiten 8 einem unterschiedlichen der Teilspeicher 4 zugeordnet.
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Mit anderen Worten wird der elektrische Energiespeicher 3, welcher insbesondere als Traktionsbatterie oder Hochvoltspeicher ausgeführt ist, in mehrere Segmente, nämlich die Teilspeicher 4, unterteilt. Die Segmente, also die Teilspeicher 4, können durch die Schalteinrichtung 6 jeweils parallel und seriell geschaltet werden sowie voneinander getrennt werden. Hierzu kann die Schalteinrichtung 6 ein entsprechendes Steuergerät und/oder eine mechanische Trenneinheit umfassen. Jedes der Segmente beziehungsweise jeder der Teilspeicher 4 wird beim Laden durch eine eigene Teilladeeinheit 8, nämlich die ihm jeweils zugeordnete Teilladeeinheit 8, geladen.
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Die 2 zeigt jeweils in einer schematischen Perspektivansicht ein Kraftfahrzeug 2 mit einem solchen Kraftfahrzeug-Energiesystem 1. In 2 ist hierbei der elektrische Energiespeicher 3 sowie die Teilspeicher 4 schematisch dargestellt. Die induktive Ladeeinheit 7 ist in dem vorderen Bereich des Kraftfahrzeugs 2 angeordnet. Der vordere Bereich des Kraftfahrzeugs 2 ist nach Art eines Kühlergrills 22 ausgestaltet. Die mehreren Teilladeeinheiten 8 beziehungsweise deren Spulen 20 sind aus 2 ersichtlich. In der beispielhaften Ausführungsform gemäß 2 weist das Kraftfahrzeug 2 drei Teilladeeinheiten 8 mit jeweils genau einer Spule 20 auf. In 1 sind ebenfalls drei Teilladeeinheiten 8 dargestellt. Die Teilladeeinheiten 8 beziehungsweise deren Spulen 20 sind mittels einer elektrischen Verbindung 23, insbesondere eines Kabels, mit dem elektrischen Energiespeicher 4 verbunden.
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In den 2 und 3 zusätzlich dargestellt ist eine Erregereinheit 9 zum Erzeugen des magnetischen Wechselfeldes, welches wiederum von der Ladeeinheit 7 empfangen wird. Dabei weist die Erregereinheit 9 mehrere Teilerregereinheiten 17 auf. Vorteilhafterweise ist für jede der Teilladeeinheiten 8 eine korrespondierende Teilerregereinheiten 17 vorgesehen ist. Jede der Teilerregereinheiten 17 kann eine oder mehrere Erregerspulen zum Erzeugen eines Teils des magnetischen Wechselfeldes aufweisen. Insbesondere ist vorgesehen, dass zum Aufladen des elektrischen Energiespeichers 3 die jeweiligen Teilladeeiriheiten 8 stirnseitig zu ihrer korrespondierenden Teilerregereinheit 17 angeordnet werden. Mit anderen Worten wird eine magnetische beziehungsweise induktive Wirkverbindung zwischen den Teilladeeinheiten 8 und ihrer jeweiligen korrespondierenden Teilerregereinheit 17 optimiert beziehungsweise maximiert. Hierdurch kann der Energieübertrag von jeder der Teilerregereinheiten 17 auf die jeweils korrespondierende Teilladeeinheit 8 maximiert werden. Die Anordnung der Erregereinheit 9 und der Ladeeinheit 7 relativ zueinander kann beispielsweise durch einen Einparkassistenten (den Fig. nicht dargestellt) des Kraftfahrzeugs 2 erfolgen. Der Einparkassistent kann dazu ausgebildet sein, das Kraftfahrzeug 2 teilweise oder vollständig autonom zu steuern und/oder einem Fahrer des Kraftfahrzeugs 2 Fahrhinweise zu liefern.
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Beispielsweise kann die Erregereinheit 9 innerhalb einer Garage montiert sein. Bezogen auf einen Stellplatz des Kraftfahrzeugs 2 in der Garage kann die Erregereinheit 9 insbesondere stirnseitig sein. Vorteilhafterweise befindet sich die Erregereinheit 9 innerhalb der Garage in einem Bereich der Garage, in welchem sich der Kühlergrill 22 des Kraftfahrzeugs 2 in einer bestimmungsgemäßen Parkposition des Kraftfahrzeugs 2 in der Garage befindet. Über ein Stromkabel 16 kann die Erregereinheit 9 mit einem Stromnetz verbunden sein.
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Der besseren Übersichtlichkeit halber ist in 3 nicht das gesamte Kraftfahrzeug 2 dargestellt. In 3 gezeigt sind die Teilladeeinheiten 8 des Kraftfahrzeugs 2 sowie die Erregereinheit 9. In 3 sind zusätzlich Klappen 21 dargestellt, welche Teil des als Kühlergrill 22 ausgeformten vorderen Bereichs des Kraftfahrzeugs sein können. Insbesondere können die Klappen 21 dazu ausgebildet sein, Lufteinlässe des Kühlergrills 22 zu verdecken. Vorliegend sind die Klappen 21 dazu ausgebildet, die Spulen 20 zu verdecken, während das Kraftfahrzeug 2 nicht geladen wird. Die Klappen 21 können hierzu zwischen einer Nichtladestellung und einer Ladestellung verlagerbar sein. In der Ladestellung sind die Spulen 20 nicht durch die Klappen 21 verdeckt beziehungsweise freigegeben, sodass eine Kopplung zwischen Teilerregereinheiten 17 und Spulen 20 möglich ist. In der Nichtladestellung können die Spulen 20 durch die Klappen 21 verdeckt beziehungsweise nicht freigegeben sein, so dass eine Aerodynamik und ein äußeres Erscheinungsbild des Kraftfahrzeugs 2 verbessert werden können, während dieses nicht geladen wird. Das Kraftfahrzeug 2 kann einen elektrischen Antrieb zum Verlagern der Klappen 21 zwischen der Nichtladestellung und der Ladestellung aufweisen. Dieser ist in den Figuren aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt. Dieser elektrische Antrieb kann beispielsweise kurz vor oder nach Erreichen einer bestimmungsgemäßen Ladeposition des Kraftfahrzeugs 2 relativ zu der Erregereinheit 9 durch den oben genannten Einparkassistenten angesteuert werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Kraftfahrzeug-Energiesystem
- 2
- Kraftfahrzeug
- 3
- elektrischer Energiespeicher
- 4
- Teilspeicher
- 5
- Zellen
- 6
- Schalteinrichtung
- 7
- Ladeeinheit
- 8
- Teilladeeinheit
- 9
- Erregereinheit
- 10
- Schaltelement
- 11
- Schaltelement
- 12
- Anschluss
- 13
- Gehäuse
- 14
- Anschluss
- 15
- Fahrzeughochrichtung
- 16
- Stromkabel
- 17
- Teilerregereinheiten
- 20
- Spule
- 21
- Klappe
- 22
- Kühlergrill
- 23
- Elektrische Verbindung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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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.
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 2463162 A3 [0002]
- US 2014/0001875 A1 [0004]
