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Die vorliegende Erfindung betrifft ein elektrisches Energiesystem für ein Kraftfahrzeug, welches zum induktiven Laden einer Batterie des elektrischen Energiesystems ausgebildet ist. Ferner betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug mit einem gattungsgemäßen elektrischen Energiesystem.
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Kraftfahrzeuge mit mindestens einem Elektromotor, wie z.B. Elektrofahrzeuge oder spezielle Hybridfahrzeuge, weisen eine Ladevorrichtung zum Aufladen eines Stromspeichers des Kraftfahrzeugs auf. Bekannte Ladevorrichtungen weisen ein Ladekabel mit einem Ladestecker auf, über welchen die Ladevorrichtung mit einem Ladeanschluss einer externen Stromquelle bzw. Ladestation, wie z.B. einer Ladesäule, elektrisch koppelbar ist. Derartige Ladevorrichtungen haben den Nachteil, dass zum Starten des Ladevorgangs der Ladestecker mit dem Ladeanschluss der externen Stromquelle bzw. Ladestation elektrisch gekoppelt und nach dem Laden von diesem entkoppelt werden muss. Gerade bei niedrigen Außentemperaturen kann ein Festfrieren von Ladestecker und Ladeanschluss, einem Ladeanschlussdeckel oder dergleichen auftreten, wodurch ein bestimmungsgemäßes Laden erschwert wird. Zudem muss das Ladekabel nach dem Ladevorgang wieder im Kraftfahrzeug aufwendig verstaut werden. Ferner kann das Ladekabel durch häufiges Aufrollen und Biegen beschädigt werden, sodass es nach einer bestimmten Anzahl von Ladezyklen ausgetauscht werden muss.
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Eine Möglichkeit zur Verbesserung des Ladevorgangs ist die Verwendung von kabellosen Ladevorrichtungen. Beim kabellosen Laden wird der Strom nicht mittels eines Kabels, sondern induktiv über ein elektromagnetisches Wechselfeld von einem ersten Objekt zu einem zweiten Objekt übertragen. Eine hierfür ausgebildete Ladestation zum Bereitstellen elektrischer Energie weist eine erste Induktionsspule zum Erzeugen des elektromagnetischen Wechselfelds auf. Ein zusätzlicher Ladeanschluss zur Aufnahme eines Ladesteckers ist hierfür nicht erforderlich. Das Kraftfahrzeug weist ein im Kraftfahrzeug verbautes elektrisches Energiesystem mit einer zweiten Induktionsspule auf, welche zum Empfangen der elektrischen Energie des elektromagnetischen Wechselfelds durch Induktion ausgebildet ist. Auf diese Weise wird ein gleichgerichteter elektrischer Strom in der zweiten Induktionsspule erzeugt, welcher zum Laden der Batterie verwendbar ist.
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Eine Vorrichtung zur induktiven Übertragung elektrischer Energie ist aus der
DE 102 25 005 C1 bekannt. Der Vorrichtung liegt die Aufgabe zugrunde, insbesondere an einer Weiche eines Schienensystems kontinuierlich elektrische Energie zur Verfügung zu stellen und dabei eine aufwendige Verkabelung zu vermeiden. Gelöst wird diese Aufgabe mittels einer elektrischen Kopplung von elektrischen Leitern im Bereich der Weiche mittels induktiver Kopplungselemente. Mindestens ein induktives Kopplungselement ist synchron mit der Weiche derart verstellbar, dass je nach Stellung der Weiche eine induktive Kopplung mit einem anderen induktiven Kopplungselement herstellbar ist.
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Aus den
US 10 124 690 B2 und
US 3 914 562 A ist ein elektrisches Energiesystem für ein Kraftfahrzeug bekannt, bei welchem eine induktive Austauscheinheit zum Laden eines Energiespeichers verstellbar ausgebildet ist. Die
DE 11 2013 006 142 T5 offenbart ein Hybridfahrzeug mit mehreren elektrischen Energiespeichern. Die
DE 10 2016 206 945 A1 zeigt ein Traktionsnetz für ein Kraftfahrzeug, bei welchem eine galvanische Trennung einer Ladeeinheit zu einer Traktionsbatterie über einen Serienresonanzkreis bereitgestellt ist. Aus der US 2016 / 0 355 097 A1 ist ein Verfahren zur Positionierung eines induktiven Ladesystems eines Kraftfahrzeugs mittels Führungsschienen bekannt. Die US 2013 / 0 249 299 A1 offenbart ein induktives Ladesystem mit einer Abdeckvorrichtung. Aus den Dokumenten
US 4 800 328 A und
DE 2010 042 395 A1 sind weitere induktive Ladesysteme für Kraftfahrzeuge bekannt.
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Derartige Vorrichtungen zur induktiven Übertragung elektrischer Energie haben den Nachteil, dass eine Ausrichtung der Spulen zum Austausch elektrischer Energie zueinander oftmals unzureichend ist, sodass zwischen den Spulen ein verhältnismäßig großer Luftspalt und/oder ein Anstellwinkel ausgebildet sind. Dies hat zur Folge, dass beim induktiven Übertragen der elektrischen Energie hohe Verluste auftreten. Ein Ladevorgang ist somit zeitaufwendig und aufgrund des höheren Stromverbrauchs kostenintensiv.
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Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die voranstehend beschriebenen Nachteile beim Laden von elektrischen Energiesystemen für ein Kraftfahrzeug zu beheben oder zumindest teilweise zu beheben. Insbesondere ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein elektrisches Energiesystem und ein Kraftfahrzeug zu schaffen, die auf eine einfache und kostengünstige Art und Weise Übertragungsverluste beim Laden der Batterie reduzieren und/oder eine elektrische Kopplung mit einer Ladevorrichtung verbessern bzw. erleichtern.
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Voranstehende Aufgabe wird durch die Patentansprüche gelöst. Demnach wird die Aufgabe durch ein elektrisches Energiesystem für ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1 sowie durch ein Kraftfahrzeug mit einem elektrischen Energiesystem mit den Merkmalen des nebengeordneten Anspruchs 8 gelöst. Weitere Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen elektrischen Energiesystem für ein Kraftfahrzeug beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Kraftfahrzeug und jeweils umgekehrt, sodass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird beziehungsweise werden kann.
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Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe durch ein elektrisches Energiesystem für ein Kraftfahrzeug gelöst. Das elektrische Energiesystem weist eine als Batterie ausgebildete erste Stromquelle zum Speichern sowie Bereitstellen elektrischer Energie für einen Elektromotor des Kraftfahrzeugs und eine erste induktive Austauscheinheit zur induktiven Aufnahme elektrischer Energie von einer induktiven Übertragungsvorrichtung einer externen Ladevorrichtung zum Laden der ersten Stromquelle auf. Erfindungsgemäß weist das elektrische Energiesystem eine mechanische Verstellvorrichtung zum Verstellen einer relativen Lage der induktiven Austauscheinheit zur ersten Stromquelle auf. Das elektrische Energiesystem weist zudem eine zweite Stromquelle und eine zweite induktive Austauscheinheit auf, wobei die mechanische Verstellvorrichtung ausgebildet ist, die erste induktive Austauscheinheit mit der zweiten induktiven Austauscheinheit derart in eine Koppelposition auszurichten, dass zwischen der ersten induktiven Austauscheinheit und der zweiten induktiven Austauscheinheit elektrische Energie induktiv austauschbar ist.
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Unter einem elektrischen Energiesystem eines Kraftfahrzeugs wird ein System verstanden, welches zum Bereitstellen elektrischer Energie zum Betreiben von elektrisch betreibbaren Komponenten des Kraftfahrzeugs, wie z. B. eines Elektromotors, eines Klimakompressors, eines Startergenerators, eines E-Turbos, einer Beleuchtung oder dergleichen, ausgebildet ist. Hierfür kann das elektrische Energiesystem beispielsweise eine Leistungselektronik, einen oder mehrere Transformatoren, Umrichter, insbesondere 2-Level und/oder 3-Level Umrichter, oder dergleichen aufweisen. Das elektrische Energiesystem ist zur Anordnung bzw. Befestigung innerhalb oder zumindest im Wesentlichen innerhalb des Kraftfahrzeugs ausgebildet und weist hierfür vorzugsweise entsprechend ausgebildete Kontakt- und/oder Befestigungsbereiche auf. Das elektrische Energiesystem ist mit dem Elektromotor des Kraftfahrzeugs elektrisch koppelbar und weist daher eine Schnittstelle zur Anbindung des Elektromotors auf. Vorzugsweise weist das elektrische Energiesystem weitere Schnittstellen zur Anbindung weiterer elektrisch betreibbarer Komponenten des Kraftfahrzeugs auf.
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Die erste Stromquelle ist als Batterie ausgebildet. Erfindungsgemäß wird unter einer Batterie eine Vorrichtung zum Speichern sowie zur Abgabe von elektrischer Energie verstanden. Ein Kondensator, insbesondere ein sogenannter „Supercap“ oder ein Akkumulator werden im Rahmen der Erfindung ebenfalls als Batterie bezeichnet. Die erste Stromquelle ist vorzugsweise derart dimensioniert, dass ausreichend elektrische Energie für eine Reichweite des Kraftfahrzeugs von mindestens 500 km bei elektromotorischer Fahrt in der ersten Stromquelle speicherbar ist. Die erste Stromquelle weist vorzugsweise Lithium-Ionen und/oder Schwefel und/oder Nickel und/oder Kobalt und/oder Zink auf.
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Die erste induktive Austauscheinheit ist zur induktiven Aufnahme elektrischer Energie von der induktiven Übertragungsvorrichtung der externen Ladevorrichtung ausgebildet. Wie bereits voranstehend erläutert, ist die induktive Übertragungsvorrichtung vorzugsweise ausgebildet, ein elektromagnetisches Wechselfeld zu erzeugen, insbesondere mittels mindestens einer Spule. Die erste induktive Austauscheinheit ist in diesem elektromagnetischen Wechselfeld anordenbar und ausgebildet, elektrische Energie aus dem elektromagnetischen Wechselfeld durch Induktion aufzunehmen und somit einen elektrischen Strom zum Laden der ersten Stromquelle zu erzeugen. Die erste induktive Austauscheinheit ist vorzugsweise U-förmig oder halbkreisförmig ausgebildet.
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Um eine möglichst verlustfreie induktive Übertragung der elektrischen Energie von der induktiven Übertragungsvorrichtung auf die induktive Austauscheinheit zu gewährleisten, ist die relative Lage der induktiven Austauscheinheit mittels der mechanischen Verstellvorrichtung des elektrischen Energiesystems zur ersten Stromquelle verstellbar. Die mechanische Verstellvorrichtung ist vorzugsweise ausgebildet, die induktive Austauscheinheit zwischen einer ersten Position bzw. Lage und einer zweiten Position bzw. Lage zu bewegen. In der ersten Position bzw. Lage ist die induktive Austauscheinheit vorzugsweise innerhalb des Kraftfahrzeugs angeordnet, in welchem das elektrische Energiesystem verbaut ist. Diese erste Position bzw. Lage ist beispielsweise für einen Fahrbetrieb des Kraftfahrzeugs bevorzugt, um beispielsweise eine Beschädigung oder Verschmutzung der induktiven Austauscheinheit zu vermeiden. In der zweiten Position bzw. Lage ist die induktive Austauscheinheit vorzugsweise ganz oder zumindest teilweise außerhalb des Kraftfahrzeugs, insbesondere unterhalb eines Bodenblechs des Kraftfahrzeugs, angeordnet. Diese zweite Position bzw. Lage ist beispielsweise für einen Ladebetrieb des Kraftfahrzeugs bevorzugt, da die induktive Austauscheinheit besonders nah an der außerhalb des Kraftfahrzeugs angeordneten induktiven Übertragungsvorrichtung anordenbar ist. Um ein genaues Verstellen der relativen Lage der induktiven Austauscheinheit zur ersten Stromquelle bzw. zur induktiven Übertragungsvorrichtung zu verbessern, kann beispielsweise eine Kamera bei einem elektrischen Energiesystem vorgesehen sein. Eine Verstellrichtung und/oder ein Verstellwinkel können beispielsweise manuell, insbesondere mittels eines Eingabeinterface des elektrischen Energiesystems, oder automatisch, insbesondere mittels einer hierfür ausgebildeten Steuerungsvorrichtung des elektrischen Energiesystems, erfolgen.
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Die zweite induktive Austauscheinheit weist vorzugsweise eine Form auf, welche einer Form der ersten induktiven Austauscheinheit entspricht oder zumindest im Wesentlichen entspricht. In der Koppelposition kann beispielsweise elektrische Energie aus der zweiten Stromquelle zum Antreiben des Elektromotors verwendet werden. Dies ist beispielsweise beim sogenannten elektrischen „Boosten“ der Fall. Die erste Stromquelle weist eine begrenzte elektrische Leistung auf, welche in besonderen Fahrsituationen, in welchen der Elektromotor mit einer größeren Leistung betrieben werden soll, nicht ausreicht. Die fehlende Leistung wird dann von der zweiten Stromquelle bereitgestellt. Dieser Vorgang wird auch als „Boosten“ bezeichnet. Die Koppelposition entspricht vorzugsweise der ersten Position bzw. Lage
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Ein Ladevorgang eines Kraftfahrzeugs mit einem erfindungsgemäßen elektrischen Energiesystem kann demnach in folgenden Schritten ablaufen. Zunächst wird das Kraftfahrzeug an die externe Ladevorrichtung zum Laden der ersten Stromquelle heranbewegt bzw. herangefahren. Das Heranbewegen erfolgt vorzugsweise derart, dass das Kraftfahrzeug über die induktive Übertragungsvorrichtung der externen Ladevorrichtung gefahren wird. In diesem Zustand ist die induktive Austauscheinheit vorzugsweise der induktiven Übertragungsvorrichtung benachbart. Eine genaue Ausrichtung der induktiven Austauscheinheit zur induktiven Übertragungsvorrichtung ist beim Heranbewegen des Kraftfahrzeugs nicht erforderlich. Anschließend ist die induktive Austauscheinheit mittels der mechanischen Verstellvorrichtung in die Richtung der induktiven Übertragungsvorrichtung bewegbar. Vorzugsweise ist die mechanische Verstellvorrichtung ausgebildet, die induktive Austauscheinheit derart relativ zur induktiven Übertragungsvorrichtung auszurichten, dass eine induktive Übertragung der elektrischen Energie von der induktiven Übertragungsvorrichtung zur induktiven Austauscheinheit optimiert ist. Bei dieser Anordnung sind ein Luftspalt und/oder ein Anstellwinkel zwischen der induktiven Austauscheinheit und der induktiven Übertragungsvorrichtung beispielsweise minimiert.
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Ein erfindungsgemäßes elektrisches Energiesystem hat gegenüber herkömmlichen elektrischen Energiesystemen den Vorteil, dass mit einfachen Mitteln sowie auf eine kostengünstige Art und Weise eine relative Ausrichtung der induktiven Übertragungsvorrichtung zur induktiven Austauscheinheit zur Übertragung elektrischer Energie verbessert ist. Die verbesserte Ausrichtung hat den Vorteil, dass die induktive Übertragung elektrischer Energie von der induktiven Übertragungsvorrichtung zur induktiven Austauscheinheit verbessert ist und induktive Übertragungsverluste reduziert sind. Ferner sind mittels der ersten induktiven Austauscheinheit zwei unterschiedliche elektrische bzw. induktive Kopplungen erzielbar. In der Koppelposition ist die erste induktive Austauscheinheit mit der zweiten induktiven Austauscheinheit elektrisch bzw. induktiv gekoppelt. Diese Konfiguration ist für einen Fahrbetrieb des Kraftfahrzeugs besonders vorteilhaft, da die elektrische Energie der zweiten Stromquelle zur Verfügung steht. In einer weiteren Stellung ist die erste induktive Austauscheinheit mit der induktiven Übertragungsvorrichtung der externen Ladevorrichtung elektrisch bzw. induktiv koppelbar. Diese Konfiguration wird auch als Ladeposition bezeichnet und ist für einen Ladebetrieb des Kraftfahrzeugs besonders vorteilhaft, da die elektrische Energie der externen Ladevorrichtung zum Laden der ersten Stromquelle verwendbar ist. Ein weiterer Vorteil eines derartigen elektrischen Energiesystems ist, dass durch die flexible Anordnung der ersten induktiven Austauscheinheit elektrische Bauteile einsparbar sind. Hierdurch sind Kosten zur Herstellung des elektrischen Energiesystems reduzierbar. Ferner können auf diese Weise ein Bauraum und ein Gewicht des elektrischen Energiesystems reduziert werden.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterentwicklung der Erfindung kann bei einem elektrischen Energiesystem vorgesehen sein, dass die mechanische Verstellvorrichtung ausgebildet ist, die induktive Austauscheinheit mit drei linearen Freiheitsgraden zu bewegen. Die drei Freiheitsgrade sind vorzugsweise senkrecht oder im Wesentlichen zueinander angeordnet, sodass die induktive Austauscheinheit vorzugsweise in x-, y-, z-Richtung relativ zur ersten Stromquelle bzw. zum Kraftfahrzeug bewegbar ist. Vorzugsweise ist die mechanische Verstellvorrichtung ausgebildet, die induktive Austauscheinheit gleichzeitig in mehrere dieser Richtungen zu verstellen. Eine derartige mechanische Verstellvorrichtung hat den Vorteil, dass mit einfachen Mitteln sowie auf eine kostengünstige Art und Weise ein vorteilhaftes Ausrichten der induktiven Austauscheinheit zur induktiven Übertragungsvorrichtung zur verlustarmen induktiven elektrischen Energieübertragung gewährleistet ist.
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Weiter bevorzugt ist die zweite Stromquelle als Batterie oder Brennstoffzelle ausgebildet. Eine als Batterie bzw. Kondensator oder Akkumulator ausgebildete zweite Stromquelle ist beispielsweise in der Koppelposition von der ersten Stromquelle aufladbar und kann bei Bedarf, insbesondere beim Boosten, elektrische Energie dem Elektromotor zur Verfügung stellen. Eine als Batterie ausgebildete zweite Stromquelle weist vorzugsweise eine geringere Kapazität als die erste Stromquelle auf, um Kosten, Gewicht sowie Bauraum zu sparen, da das Boosten nicht ständig erfolgen muss und somit zwischen zwei Boostvorgängen ein Nachladen der zweiten Stromquelle mittels der ersten Stromquelle erfolgen kann. Eine als Brennstoffzelle ausgebildete zweite Stromquelle hat den Vorteil, dass eine Reichweite des Kraftfahrzeugs erheblich vergrößerbar ist. Mittels einer als Brennstoffzelle ausgebildeten zweiten Stromquelle ist in der Koppelposition die erste Stromquelle aufladbar bzw. nachladbar und/oder der Elektromotor betreibbar bzw. boostbar.
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In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung eines elektrischen Energiesystems bilden die erste induktive Austauscheinheit und die zweite induktive Austauscheinheit in der Koppelposition einen DCDC-Wandler. Durch eine entsprechende Ausbildung der Spulen der ersten induktiven Austauscheinheit und der zweiten induktiven Austauscheinheit, insbesondere durch eine unterschiedliche Anzahl von Spulenwicklungen, ist eine Spannung innerhalb des elektrischen Energiesystems auf vorteilhafte Weise sowie mit einfachen Mitteln transformierbar.
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Es ist erfindungsgemäß bei einem elektrischen Energiesystem bevorzugt, dass die mechanische Verstellvorrichtung eine Schwenkvorrichtung, mittels welcher die erste induktive Austauscheinheit um mindestens eine Schwenkachse verschwenkbar ist, und/oder eine Teleskopvorrichtung aufweist, mittels welcher die induktive Austauscheinheit linear bewegbar ist. Die Verschwenkvorrichtung weist beispielsweise ein Schwenkgelenk auf, welches vorzugsweise der ersten induktiven Austauscheinheit benachbart angeordnet ist, um diese relativ zum Rest der mechanischen Verstellvorrichtung zu verschwenken. Dies hat den Vorteil, dass ein Winkel zwischen der ersten induktiven Austauscheinheit und der induktiven Übertragungsvorrichtung der externen Ladevorrichtung durch ein entsprechendes Verschwenken der ersten induktiven Austauscheinheit ausgleichbar ist. Somit können Übertragungsverluste beim induktiven Übertragen elektrischer Energie von der induktiven Übertragungsvorrichtung zur induktiven Austauscheinheit reduziert werden. Eine Teleskopvorrichtung weist vorzugsweise mehrere ineinander verschiebbare Rohre und/oder Profile auf. Eine Teleskopvorrichtung ermöglicht eine translatorische Bewegung der ersten induktiven Austauscheinheit mit einfachen Mitteln und hat den weiteren Vorteil, dass diese in einem eingefahrenen Zustand einen relativ geringen Platzbedarf aufweist.
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Vorzugsweise weist die mechanische Verstellvorrichtung eine Sensorvorrichtung zum automatischen Ermitteln einer relativen Lage der ersten induktiven Austauscheinheit zur induktiven Übertragungsvorrichtung der externen Ladevorrichtung auf. Die Sensorvorrichtung kann beispielsweise eine Kamera und/oder einen B-Feldsensor aufweisen. Durch das Ermitteln der relativen Lage der ersten induktiven Austauscheinheit zur induktiven Übertragungsvorrichtung ist auf vorteilhafte Weise ein Ausrichten der ersten induktiven Austauscheinheit zur induktiven Übertragungsvorrichtung mit einfachen Mitteln sowie auf eine kostengünstige Art und Weise verbesserbar. Die Sensorvorrichtung ist vorzugsweise mit einer Steuerungsvorrichtung des elektrischen Energiesystems zum Steuern der mechanischen Verstellvorrichtung elektrisch gekoppelt. Eine derartige Sensorvorrichtung hat den Vorteil, dass das Ausrichten der ersten induktiven Austauscheinheit zur induktiven Übertragungsvorrichtung vollautomatisch durchführbar ist, ohne dass ein Eingreifen durch einen Fahrer des Kraftfahrzeugs erforderlich ist. Hierdurch ist ein Ladevorgang besonders komfortabel und effizient.
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Es ist erfindungsgemäß bevorzugt, dass die mechanische Verstellvorrichtung mindestens eine Führungsschiene und einen entlang der Führungsschiene geführten Verstellschlitten aufweist. Die Führungsschiene kann beispielsweise starr oder verschwenkbar an dem elektrischen Energiesystem angeordnet sein. Der Verstellschlitten ist vorzugsweise formschlüssig an der Führungsschiene gehalten. Eine derartige mechanische Verstellvorrichtung hat den Vorteil, dass ein präzises Verstellen der ersten induktiven Austauscheinheit mit einfachen Mitteln sowie kostengünstig gewährleistet ist.
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Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe durch ein Kraftfahrzeug gelöst. Das Kraftfahrzeug weist einen Elektromotor zum Antreiben des Kraftfahrzeugs auf. Erfindungsgemäß weist das Kraftfahrzeug ein erfindungsgemäßes elektrisches Energiesystem für ein Kraftfahrzeug auf. Das elektrische Energiesystem ist vorzugsweise im Inneren des Kraftfahrzeugs bzw. zumindest im Wesentlichen im Inneren des Kraftfahrzeugs angeordnet. Die erste induktive Austauscheinheit ist vorzugsweise mittels der mechanischen Verstellvorrichtung zwischen dem Fahrzeuginneren und dem Fahrzeugäußeren verstellbar. Der Elektromotor ist elektrisch mit dem elektrischen Energiesystem gekoppelt. Es kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass das Kraftfahrzeug einen Verbrennungsmotor aufweist. Der Verbrennungsmotor ist vorzugsweise zum Antreiben des Kraftfahrzeugs und/oder zum Antreiben eines Generators bzw. eines Elektromotors im Generatorbetrieb zum Generieren elektrischen Stroms ausgebildet. Der Elektromotor kann zum unabhängigen Antreiben des Kraftfahrzeugs und/oder zum Unterstützen des Verbrennungsmotors zum Antreiben des Kraftfahrzeugs ausgebildet sein.
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Bei dem beschriebenen Kraftfahrzeug ergeben sich sämtliche Vorteile, die bereits zu einem elektrischen Energiesystem für ein Kraftfahrzeug gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung beschrieben worden sind. Demnach hat das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug gegenüber herkömmlichen Kraftfahrzeugen den Vorteil, dass mit einfachen Mitteln sowie auf eine kostengünstige Art und Weise eine relative Ausrichtung der induktiven Übertragungsvorrichtung zur induktiven Austauscheinheit zur Übertragung elektrischer Energie verbessert ist. Die verbesserte Ausrichtung hat den Vorteil, dass die induktive Übertragung elektrischer Energie von der induktiven Übertragungsvorrichtung zur induktiven Austauscheinheit verbessert ist und induktive Übertragungsverluste reduziert sind.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung kann bei einem erfindungsgemäßen Kraftfahrzeug ein bewegbarer Deckel zum Abdecken der innerhalb des Kraftfahrzeugs angeordneten ersten induktiven Austauscheinheit vorgesehen sein. Der Deckel ist vorzugsweise im Bereich eines Bodenblechs des Kraftfahrzeugs angeordnet und schirmt die erste induktive Austauscheinheit zur Fahrbahn hin ab, insbesondere vor Wasser, Schmutz, Steine, Schnee oder dergleichen. Vorzugsweise ist der Deckel zu dem Bodenblech mittels einer Dichtungsvorrichtung abgedichtet, um ein Eindringen von Wasser, Schmutz, Steine, Schnee oder dergleichen ins Innere des Kraftfahrzeugs zu vermeiden. Weiter bevorzugt ist der Deckel an der ersten induktiven Austauscheinheit oder der mechanischen Verstellvorrichtung befestigt, sodass durch Bewegung der ersten induktiven Austauscheinheit bzw. der mechanischen Verstellvorrichtung der Deckel bewegbar ist. Dies hat den Vorteil, dass die Anzahl erforderlicher Komponenten des Kraftfahrzeugs reduziert ist.
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Ein erfindungsgemäßes elektrisches Energiesystem sowie ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug werden nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen jeweils schematisch:
- 1 in einer Seitenansicht eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen elektrischen Energiesystems in der Koppelposition,
- 2 in einer Seitenansicht das elektrische Energiesystem aus 1 in der Ladeposition,
- 3 einen Schaltplan einer bevorzugten ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen elektrischen Energiesystems,
- 4 in einer Seitenansicht eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs,
- 5 einen Schaltplan einer bevorzugten zweiten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen elektrischen Energiesystems, und
- 6 einen Schaltplan einer bevorzugten dritten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen elektrischen Energiesystems.
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Elemente mit gleicher Funktion und Wirkungsweise sind in den 1 bis 6 jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen.
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In 1 ist eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen elektrischen Energiesystems 1 in einer Koppelposition K schematisch in einer Seitenansicht abgebildet. Das elektrische Energiesystem 1 weist eine als Batterie ausgebildete erste Stromquelle 3 und eine mit der ersten Stromquelle 3 gekoppelten ersten induktiven Austauscheinheit 5 auf. Ferner weist das elektrische Energiesystem 1 eine zweite induktive Austauscheinheit 10 auf, welche mit einer zweiten Stromquelle 9 des elektrischen Energiesystems 1 gekoppelt ist. Die erste Stromquelle 3 ist mit einem Elektromotor 4 und einem Nebenverbraucher 17 elektrisch gekoppelt. In der in 1 dargestellten Koppelposition K ist die erste induktive Austauscheinheit 5 mittels einer mechanischen Verstellvorrichtung 8 des elektrischen Energiesystems 1 derart zur zweiten induktiven Austauscheinheit 10 angeordnet, dass die erste induktive Austauscheinheit 5 und die zweite induktive Austauscheinheit 10 einen DCDC Wandler bilden. Somit kann in der Koppelposition K ein Energieaustausch durch Induktion zwischen der ersten induktiven Austauscheinheit 5 und der zweiten induktiven Austauscheinheit 10 stattfinden. Beispielsweise kann eine als Batterie ausgebildete zweite Stromquelle 9 über die erste Stromquelle 3 geladen werden. Ebenso kann elektrische Energie von der zweiten Stromquelle 9 zum Betreiben des Elektromotors 4 bereitgestellt werden. Die mechanische Verstellvorrichtung 8 weist eine Führungsschiene 14 auf, an der ein Verstellschlitten 15 der mechanischen Verstellvorrichtung 8 linear geführt ist. Auf dem Verstellschlitten 15 ist eine Schwenkvorrichtung 11 der mechanischen Verstellvorrichtung 8 angeordnet, wobei an der Schwenkvorrichtung eine weitere Führungsschiene 14 der mechanischen Verstellvorrichtung 8 verschwenkbar angeordnet ist. Auf der Weiteren Führungsschiene 14 ist ebenfalls ein Verstellschlitten 15 der mechanischen Verstellvorrichtung 8 linear geführt, an welchem die erste induktive Austauscheinheit 5 gehalten ist. In diesem Ausführungsbeispiel ist an der ersten induktiven Austauscheinheit 5 eine Sensorvorrichtung 13 angeordnet. Mittels der Sensorvorrichtung 13 ist ein besonders präzises Ausrichten der ersten induktiven Austauscheinheit 5 zu einer induktiven Übertragungsvorrichtung 6 (vgl. 2) einer externen Ladevorrichtung 7 (vgl. 2) gewährleistbar.
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In 2 ist das elektrische Energiesystem 1 aus 1 in der Ladeposition schematisch in einer Seitenansicht abgebildet. Die erste induktive Austauscheinheit 5 ist mittels der mechanischen Verstellvorrichtung 8 in eine Ladeposition L angeordnet. In der Ladeposition L ist die erste induktive Austauscheinheit 5 einer induktiven Übertragungsvorrichtung 6 einer externen Ladevorrichtung 7 zur induktiven Aufnahme elektrischer Energie benachbart angeordnet. Die mechanische Verstellvorrichtung 8 ist ausgebildet, die erste induktive Austauscheinheit 5 zumindest zwischen der Koppelposition K und der Ladeposition L zu bewegen.
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In 3 ist ein Schaltplan einer bevorzugten ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen elektrischen Energiesystems 1 schematisch abgebildet. In einem rechten Bereich des elektrischen Energiesystems 1 ist die erste Stromquelle 3 angeordnet, welche mit der ersten induktiven Austauscheinheit 5 elektrisch gekoppelt ist. In einem linken Bereich des elektrischen Energiesystems 1 ist die zweite Stromquelle 9 angeordnet, welche mit der zweiten induktiven Austauscheinheit 10 elektrisch gekoppelt ist. Die erste induktive Austauscheinheit 5 ist in der Koppelposition K angeordnet.
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In 4 ist eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs 2 schematisch in einer Seitenansicht abgebildet. Das Kraftfahrzeug 2 weist ein erfindungsgemäßes elektrisches Energiesystem 1 mit einer ersten Stromquelle 3, einer ersten induktiven Austauscheinheit 5, einer zweiten induktiven Austauscheinheit 10, einer zweiten Stromquelle 9 und einer Steuerungsvorrichtung 18 zum Steuern des elektrischen Energiesystems 1 auf. Die erste induktive Austauscheinheit 5 ist mittels einer eine Teleskopvorrichtung 12 aufweisenden mechanischen Verstellvorrichtung 8 des elektrischen Energiesystems 1 bewegbar. Die erste induktive Austauscheinheit 5 ist einer induktiven Übertragungsvorrichtung 6 einer externen Ladevorrichtung 7 zugewandt und in der der Ladeposition L angeordnet. Ferner weist das elektrische Energiesystem 1 einen horizontal verschiebbaren Deckel 16 auf, welcher zum Abdecken der ersten induktiven Austauscheinheit 5 ausgebildet ist, wenn die erste induktive Austauscheinheit 5 in der Koppelposition K angeordnet ist. In der abgebildeten Ladeposition L ist der Deckel 16 in einer geöffneten Position angeordnet und gibt die erste induktive Austauscheinheit 5 nach außen frei. Die erste induktive Austauscheinheit 5 ragt etwas aus dem Bodenblech des Kraftfahrzeugs 2 heraus.
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In 5 ist ein Schaltplan einer bevorzugten zweiten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen elektrischen Energiesystems 1 schematisch abgebildet. Das elektrische Energiesystem 1 weist einen 3-Level Umrichter auf, welcher mit der ersten Stromquelle 9 gekoppelt ist. Die erste induktive Austauscheinheit 5 ist in der Koppelposition K angeordnet und somit der zweiten induktiven Austauscheinheit 10 benachbart.
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In 6 ist ein Schaltplan einer bevorzugten dritten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen elektrischen Energiesystems 1 schematisch abgebildet. Das elektrische Energiesystem 1 weist einen 2-Level Umrichter auf, welcher mit der ersten Stromquelle 9 gekoppelt ist. Die erste induktive Austauscheinheit 5 ist in der Koppelposition K angeordnet und somit der zweiten induktiven Austauscheinheit 10 benachbart.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- elektrisches Energiesystem
- 2
- Kraftfahrzeug
- 3
- erste Stromquelle
- 4
- Elektromotor
- 5
- erste induktive Austauscheinheit
- 6
- induktive Übertragungsvorrichtung
- 7
- externe Ladevorrichtung
- 8
- mechanische Verstellvorrichtung
- 9
- zweite Stromquelle
- 10
- zweite induktive Austauscheinheit
- 11
- Schwenkvorrichtung
- 12
- Teleskopvorrichtung
- 13
- Sensorvorrichtung
- 14
- Führungsschiene
- 15
- Verstellschlitten
- 16
- Deckel
- 17
- Nebenverbraucher
- 18
- Steuerungsvorrichtung
- K
- Koppelposition
- L
- Ladeposition
