DE102010035634A1 - Transmission system for charging the traction batteries of an electrically driven motor vehicle and Transformantorteil for the transmission system - Google Patents

Transmission system for charging the traction batteries of an electrically driven motor vehicle and Transformantorteil for the transmission system Download PDF

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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.A transmission system for charging the traction batteries of an electrically driven motor vehicle is described at a charging station, which has a coupling device with at least one transformer part that can be attached to the motor vehicle, by means of which electrical energy can be inductively transmitted to a transformer part on the motor vehicle, the vehicle-side transformer part and / or the transformer part on the charging station side has a coupling body made of a flexible plastic material which surrounds an electrical coil arrangement. An advantageous construction of a transformer part for the transmission system is also proposed.

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.The invention relates to a transmission system for charging the traction batteries of an electrically driven motor vehicle to a charging station, which has an attachable to the motor vehicle coupling device with at least one transformer part, can be transmitted inductively by the electrical energy to a transformer part on the motor vehicle. The invention further relates to the configuration of a transformer part which can be used on the motor vehicle and / or on the charging station.

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.Such a transmission system is in the non-prepublished patent application DE 10 2010 022 740 described. It is proposed to arrange a transformer part, formed by, for example, an E-shaped yoke provided with at least one coil winding behind a license plate of a motor vehicle. By bringing the motor vehicle to a similarly designed transformer part at a charging station, the transformer parts complement each other to form a complete transformer via which electrical energy can be transmitted from the charging station to the motor vehicle for charging traction batteries. In the proposed arrangement, the license plate is located between the transformer parts. The license plate is therefore preferably made of a plastic material.

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.In order to achieve a low-loss coupling of the transformer parts, the transformer parts to be connected together are to be positioned as accurately as possible to each other. For this purpose, an automatic positioning device may be provided at the charging station, which leads to the coupling surfaces of the transformer parts to each other, for example with the aid of a camera. However, this requires a relatively complex construction of the charging station.

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.This can also cause problems if, for example, the motor vehicle is unfavorably positioned to the charging station or if the license plate of the motor vehicle does not form an exactly flat surface. The latter occurs in particular when the license plate is adapted to the non-planar body shape of a motor vehicle. In these cases, a close attachment of a planar coupling device is not possible, so that no optimal degree of coupling can be achieved.

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.It was therefore an object to provide a transmission system for charging the traction batteries of an electrically driven motor vehicle, which is as simple as possible and which ensures a good inductive coupling between the motor vehicle and the charging station.

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.This object is achieved in that the vehicle-side transformer part and / or the charging station-side transformer part has a Ankoppelkörper of a flexible plastic material surrounding an electrical coil assembly.

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.The flexible design of at least one transformer part ensures that it is closely attachable to the opposite transformer part, whereby a good inductive coupling is achieved and transmission losses are kept low.

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.With an outer surface of a flexibly executed vehicle-side transformer part, a license plate made of a flexible plastic material may be connected, since this applies together with the flexible vehicle-mounted transformer part close to the transformer part of the charging station and thereby does not affect the inductive coupling.

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.The following description of an advantageous embodiment of transformer parts relates both to vehicle-side as well as charging station-side transformer parts, since they can be performed in basically the same way.

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.Thus, it is advantageous if an electrical coil arrangement, except for the supply lines, is completely encapsulated in the coupling body of a transformer part, for example by pouring or gluing, whereby the coil arrangement is arranged so as to be safe to touch.

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.It is also advantageous if a ferrite arrangement is additionally cast or glued into the coupling body. The ferrite assembly may consist of one or more ferrite or ferrite cores. The ferrite arrangement improves the inductive coupling between the transformer parts and also makes it possible to shield interference fields to the outside.

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.Due to the flexible design, the Ankoppelkörper can be angled or bent and adapted to the shape of the growing location on the vehicle body or on the charging station.

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.It is advantageous if the plastic material from which the Ankoppelkörper is highly insulating, temperature resistant and permanently flexible. High insulation here means that at least at the occurring in the transformer parts electrical voltage values on the outer surfaces of the Ankoppelkörper no dangerous Berührspannungen arise. As a plastic material can advantageously be used a polyurethane or a silicone material.

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. It is particularly advantageous if the coupling bodies of the charging station and of the motor vehicle are both designed in the same way, ie both each consist of a flexible plastic material and have a cast-in coil arrangement.

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.Below, the transmission system according to the invention will be illustrated with reference to the drawings and explained in more detail. The 1 shows a simplified schematic diagram of the transmission system; the 2 shows a longitudinal section through the vehicle-side coupling body and the 3 represents the transmission system in a cross-sectional view.

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.The structure principle of the transmission system according to the invention is in the 1 outlined. This consists of two adjoining transformer parts 2 . 7 , wherein a transformer part 7 belongs to a charging station, not shown here and the other transformer part 2 is a component of an electrically driven motor vehicle, which will also not be explained in detail here.

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.Both transformer parts 2 . 7 basically have the same structure and each consist of a coil arrangement 3 . 8th and a ferrite assembly 4 . 9 , in each case one consisting of a flexible plastic coupling body 1 . 6 are poured. As a plastic material may be provided, for example, a polyurethane or a silicone material. Like the curved shape of the coupling body 1 . 6 indicates these are cast with the coil and ferrite arrangements 3 . 8th . 4 . 9 made flexible and can approach each other when merging to produce an inductive coupling close together.

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.As the 1 is further shown, is on an outer surface of the vehicle-side transformer part 2 a license plate 5 arranged, which also consists of a flexible plastic and the merging of the transformer parts 2 . 7 is arranged between these. Due to the small thickness of the non-conductive license plate 5 becomes the inductive coupling of the transformer parts 2 . 7 not affected.

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.The ferrite arrangements 4 . 9 in the transformer parts 2 . 7 are rows of platelet- or yoke-like formed ferrites, which on the one hand good magnetic coupling between the transformer parts 2 . 7 on the other hand shield magnetic interference fields to the outside.

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.The 2 shows a longitudinal section through the vehicle-side transformer part 2 , Shown is the coil assembly 3 , which takes the form of a rectangular spiral over the entire surface of the transformer part 2 is placed and in the Ankoppelkörper 1 , except for the lead-out leads 10 , is completely poured. It is also possible to identify sections of a ferrite arrangement 4 that, like the one of 3 shows more clearly forming yokes with an E-shaped cross-section. The ferrite arrangement 9 the charging station is constructed symmetrically, and thus also has an E-shaped yoke. The illustrated E-form of the ferrite assemblies 4 . 9 is of course purely exemplary and can be adjusted as desired to optimize the inductive coupling and the magnetic shielding.

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.The transmission system described here only schematically functions as follows: to charge the traction batteries, the driver drives an electrically driven motor vehicle to a charging station and inserts the transformer parts 2 . 7 of the motor vehicle and the charging station together. The flexible design of the coupling body 1 . 6 causes a tolerance compensation with respect to angular position and distance of the transformer parts 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.The transformer part 7 the charging station now transmits electrical energy to the vehicle-mounted transformer part for charging the traction batteries by inductive means 2 until, for example, a preselected amount of energy has been delivered to the motor vehicle, or a decrease in the charging current indicates that the traction batteries are sufficiently charged again. The charging process ends with the manual or automatic disconnection of the transformer parts 2 . 7 ,

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Ankoppelkörper (fahrzeugseitig)Coupling body (vehicle side)
22
Transformatorteil (fahrzeugseitig)Transformer part (vehicle side)
33
Spulenanordnung (fahrzeugseitig)Coil arrangement (vehicle-side)
44
Ferritanordnung (fahrzeugseitig)Ferrite arrangement (vehicle side)
55
Kennzeichenschildlicense plate
66
Ankoppelkörper (ladestationsseitig)Coupling body (charging station side)
77
Transformatorteil (ladestationsseitig)Transformer part (charging station side)
88th
Spulenanordnung (ladestationsseitig)Coil arrangement (charging station side)
99
Ferritanordnung (ladestationsseitig)Ferrite arrangement (charging station side)
1010
Zuleitungenleads

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 102010022740 [0002] DE 102010022740 [0002]

Claims (7)

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.Transmission system for charging the traction batteries of an electrically driven motor vehicle at a charging station, which has an attachable to the motor vehicle coupling device with at least one transformer part, can be transmitted by the electrical energy inductively on a transformer part on the motor vehicle, characterized in that the vehicle-side transformer part ( 2 ) and / or the charging station-side transformer part ( 7 ) a coupling body ( 1 . 6 ) made of a flexible plastic material having an electrical coil arrangement ( 3 . 8th ) surrounds. Übertragungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das fahrzeugseitige Transformatorteil (2) hinter dem Kennzeichenschild (5) des Kraftfahrzeugs angeordnet ist.Transmission system according to claim 1, characterized in that the vehicle-side transformer part ( 2 ) behind the license plate ( 5 ) of the motor vehicle is arranged. 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.Transmission system according to claim 1, characterized in that the license plate ( 5 ) consists of a flexible plastic and on the vehicle-side Ankoppelkörper ( 1 ) or is connected to this. Transformatorteil für ein Übertragungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Spulenanordnung (3, 8) in den Ankoppelkörper (1, 6) eingegossen oder eingeklebt ist.Transformer part for a transmission system according to claim 1, characterized in that the electrical coil arrangement ( 3 . 8th ) in the coupling body ( 1 . 6 ) is poured or glued. Transformatorteil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass in den Ankoppelkörper (1, 6) eine Ferritanordnung (4, 9) eingegossen oder eingeklebt ist.Transformer part according to claim 4, characterized in that in the Ankoppelkörper ( 1 . 6 ) a ferrite arrangement ( 4 . 9 ) is poured or glued. Transformatorteil für ein Übertragungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ankoppelkörper (1, 6) aus einem hochisolierenden, temperaturbeständigen und dauerhaft flexiblen Kunststoffmaterial besteht.Transformer part for a transmission system according to claim 1, characterized in that the coupling body ( 1 . 6 ) consists of a highly insulating, temperature-resistant and permanently flexible plastic material. Transformatorteil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Kunststoffmaterial ein Polyurethan- oder ein Silikonmaterial ist.Transformer part according to claim 6, characterized in that the plastic material is a polyurethane or a silicone material.
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