DE102016006801A1 - Charging device for inductively charging an energy storage device and method for operating such a charging device - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Ladevorrichtung (12) zum induktiven Laden eines Energiespeichers eines Kraftwagens (10) mit elektrische Energie, mit wenigstens einer ersten Energieübertragungskomponente (14), über welche Energie an wenigstens eine zweite Energieübertragungskomponente (16) des Kraftwagens (10) induktiv übertragbar ist, und mit wenigstens einem elektrischen Heizelement zum zumindest teilweisen Beheizen der ersten Energieübertragungskomponente (14), wobei elektrische Heizelement dazu ausgebildet ist, Niederschlag auf der ersten Energieübertragungskomponente (14) und zwischen den Energieübertragungskomponenten (14, 16) angeordnete Objekte (20) zu erfassen.The invention relates to a charging device (12) for inductively charging an energy accumulator of a motor vehicle (10) with electrical energy, with at least one first energy transfer component (14), via which energy to at least a second energy transfer component (16) of the motor vehicle (10) is inductively transferable and at least one electrical heating element for at least partially heating the first energy transfer component (14), wherein electrical heating element is adapted to detect precipitation on the first energy transfer component (14) and objects (20) disposed between the energy transfer components (14, 16).
Description
Die Erfindung betrifft eine Ladevorrichtung zum induktiven Laden eines Energiespeichers eines Fahrzeugs, insbesondere eines Kraftwagens, gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 sowie ein Verfahren zum Betreiben einer solchen Ladevorrichtung.The invention relates to a charging device for inductively charging an energy storage device of a vehicle, in particular a motor vehicle, according to the preamble of patent claim 1 and a method for operating such a charging device.
Derartige Ladevorrichtungen sind bereits aus dem Stand der Technik hinlänglich bekannt. Insbesondere sind derartige Ladevorrichtungen aus dem Serienkraftfahrzeugbau bekannt. Die
Somit ist eine Ladevorrichtung zum induktiven Laden eines Energiespeichers eines Kraftwagens mit elektrische Energie bekannt, mit wenigstens einer ersten Energieübertragungskomponente, über welche Energie an wenigstens eine zweite Energieübertragungskomponente des Kraftwagens induktiv übertragbar ist, und mit wenigstens einem elektrischen Heizelement zum zumindest teilweisen Beheizen der ersten Energieübertragungskomponente.Thus, a charging device for inductive charging of an energy storage of a motor vehicle with electrical energy is known, with at least a first energy transfer component, via which energy to at least a second energy transfer component of the motor vehicle is inductively transferable, and at least one electric heating element for at least partially heating the first energy transfer component.
Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Ladevorrichtung zum induktiven Laden eines Energiespeichers und ein Verfahren der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass die Energieübertragung besonders einfach und somit kostengünstig verbessert werden kann.Object of the present invention is to develop a charging device for inductive charging of an energy storage and a method of the type mentioned in such a way that the energy transfer can be particularly simple and thus improved cost.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Ladevorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 5 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.This object is achieved by a charging device with the features of claim 1 and by a method having the features of claim 5. Advantageous embodiments with expedient developments of the invention are specified in the remaining claims.
Um eine Ladevorrichtung der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art derart weiterzuentwickeln, dass die Energieübertragung besonders einfach, insbesondere mit einem nur geringen Bauaufwand, und somit besonders kostengünstig verbessert werden kann, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass das elektrische Heizelement dazu ausgebildet ist, Niederschlag auf der ersten Energieübertragungskomponente und zwischen den Energieübertragungskomponenten angeordnete Objekte zu erfassen. Insbesondere können mittels des Heizelements Objekte, insbesondere metallische Objekte, die sich in einem Luftspalt zwischen den Energieübertagungskomponenten befinden, erkannt werden, wobei sich in dem Luftspalt bei dem induktiven Laden ein Magnetfeld ausbildet.In order to develop a charging device specified in the preamble of claim 1 type such that the energy transfer can be particularly simple, especially with a low construction cost, and thus particularly cost-effectively improved, it is inventively provided that the electric heating element is designed to precipitate the first energy transfer component and to detect objects arranged between the energy transfer components. In particular, by means of the heating element objects, in particular metallic objects, which are located in an air gap between the energy transmission components, can be detected, wherein a magnetic field is formed in the air gap during the inductive charging.
Der mittels der Ladevorrichtung induktiv aufladbare Energiespeicher ist beispielsweise eine Traktionsbatterie, mittels welcher wenigstens eine elektrische Maschine zum Antreiben des Kraftwagens mit in der Traktionsbatterie gespeicherter elektrischer Energie versorgbar ist. Üblicherweise wird die elektrische Maschine auch als Traktionsmaschine bezeichnet. Dabei kann der Kraftwagen als Elektrofahrzeug oder als Hybridfahrzeug ausgebildet sein. Zum induktiven Laden einer solchen Traktionsbatterie kommt üblicherweise eine hohe Energiedichte bei dem induktiven Laden vor, sodass insbesondere metallische Objekte, welche beim Laden gegebenenfalls zwischen den Energieübertragungskomponenten angeordnet sind, stark erhitzt werden.The energy storage device which can be inductively charged by means of the charging device is, for example, a traction battery, by means of which at least one electric machine for driving the motor vehicle can be supplied with electrical energy stored in the traction battery. Usually, the electric machine is also referred to as a traction machine. In this case, the motor vehicle can be designed as an electric vehicle or as a hybrid vehicle. For inductive charging of such a traction battery is usually a high energy density in the inductive charging, so that in particular metallic objects which are optionally arranged during charging between the energy transfer components are strongly heated.
Um dabei eine Zerstörung oder Beschädigung der jeweiligen Energieübertragungskomponente, insbesondere der ersten Energieübertragungskomponente, welche auch als Primärspule bezeichnet wird und als Bodenspuleneinheit ausgebildet sein kann, zu verhindern, sollten die metallischen Objekte erkannt werden, sodass dann beispielsweise die Energieübertragung abgebrochen werden kann. Des Weiteren sollte insbesondere die Bodenspuleneinheit von Schmutz, insbesondere von Niederschlag, freigehalten werden, um eine besonders effektive und effiziente Energieübertragung gewährleisten zu können.In order to destroy or damage the respective energy transfer component, in particular the first energy transfer component, which also serves as a primary coil is designated and may be designed as a bottom coil unit to prevent, the metallic objects should be detected, so then, for example, the energy transfer can be stopped. Furthermore, in particular the bottom coil unit should be kept free from dirt, in particular from precipitation, in order to be able to ensure a particularly effective and efficient energy transmission.
Hierzu ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass das elektrische Heizelement dazu ausgebildet ist, Niederschlag auf der ersten Energieübertragungskomponente zu Erfassen. Ferner ist das Heizelement dazu ausgebildet, zwischen den Energieübertragungskomponenten etwaig angeordnete Objekte zu erfassen. Dabei umfasst die Ladevorrichtung beispielsweise eine elektronische Recheneinrichtung, welche auch als Steuerungseinrichtung bezeichnet wird und zum Betreiben, insbesondere zum Regeln oder Steuern, des elektrischen Heizelementes ausgebildet ist.For this purpose, it is provided according to the invention that the electrical heating element is designed to detect precipitation on the first energy transmission component. Furthermore, the heating element is designed to detect objects arranged between the energy transmission components. In this case, the charging device comprises, for example, an electronic computing device, which is also referred to as a control device and is designed to operate, in particular for controlling or controlling, the electric heating element.
Zum Erfassen des Niederschlags beziehungsweise der Objekte wird das elektrische Heizelement als kapazitiver Sensor betrieben. Befindet sich Niederschlag auf der ersten Energieübertragungskomponente und/oder befindet sich wenigstens ein Objekt zwischen den Energieübertragungskomponenten, so führt dies zu einer Kapazitätsänderung, insbesondere zwischen dem elektrischen Heizelement und wenigstens einer weiteren Komponente wie beispielsweise der zweiten Energieübertragungskomponente. Zu dieser Kapazitätsänderung kommt es insbesondere im Vergleich zu einem Zustand, in welchem sich kein Niederschlag auf der ersten Energieübertragungskomponente befindet beziehungsweise in welchem kein Objekt zwischen den Energieübertragungskomponenten angeordnet ist. Eine solche Kapazitätsänderung kann beispielsweise über das elektrische Heizelement mittels der Steuereinrichtung ermittelt beziehungsweise erfasst werden, sodass dadurch erfasst werden kann, dass sich Niederschlag auf der ersten Energieübertragungskomponente beziehungsweise metallische Objekte in einem Luftspalt zwischen den Energieübertragungskomponenten befinden.For detecting the precipitate or the objects, the electric heating element is operated as a capacitive sensor. If precipitation is present on the first energy transmission component and / or if there is at least one object between the energy transmission components, this leads to a change in capacitance, in particular between the electrical heating element and at least one further component, such as the second energy transmission component. This change in capacitance occurs in particular in comparison to a state in which there is no precipitate on the first energy transmission component or in which no object is arranged between the energy transmission components. Such a capacitance change can be determined or detected, for example, via the electrical heating element by means of the control device, so that it can be detected that precipitation on the first energy transmission component or metallic objects are located in an air gap between the energy transmission components.
Wird beispielsweise erfasst, dass sich ein insbesondere metallisches Objekt zwischen der ersten Energieübertragungskomponente (Primärspule) und der zweiten Energieübertragungskomponente, welche auch als Sekundärspule bezeichnet wird, befindet, so kann die Steuerungseinrichtung beispielsweise das induktive Laden unterbinden und somit Schäden verhindern. Des Weiteren kann die Steuerungseinrichtung das Heizelement entsprechend ansteuern und zum Beispiel Schnee beziehungsweise Niederschlag mittels des Heizelementes entfernen, wenn beispielsweise erfasst wird, dass sich Niederschlag auf der Primärspule befindet.If it is detected, for example, that a particularly metallic object is located between the first energy transmission component (primary coil) and the second energy transmission component, which is also referred to as a secondary coil, then the control device can prevent, for example, inductive charging and thus prevent damage. Furthermore, the control device can control the heating element accordingly and remove, for example, snow or precipitation by means of the heating element, if, for example, it is detected that precipitation is located on the primary coil.
Dem Heizelement kommt somit eine Doppelfunktion zu. Einerseits wird das Heizelement als Sensor verwendet, mittels welchem eine Störung in Form von sich auf der ersten Energieübertragungskomponente befindendem Niederschlag erfasst werden kann. Ferner wird das Heizelement verwendet, um die Störung zu beseitigen, indem der Niederschlag beispielsweise geschmolzen und/oder verdampft wird.The heating element thus has a dual function. On the one hand, the heating element is used as a sensor by means of which a disturbance in the form of precipitation located on the first energy transfer component can be detected. Further, the heating element is used to eliminate the interference by, for example, melting and / or evaporating the precipitate.
In einer vorteilhaften Ausgestaltungsform kann das elektrische Heizelement als ein PTC-Heizelement ausgebildet sein. Bei dem PTC-Heizelement handelt es sich um ein bereits etabliertes Bauelement, welches sich insbesondere durch seine einfache Aufbauweise auszeichnet. Somit kann sehr einfach das elektrische Heizelement bereitgestellt werden, welches sowohl Niederschlag auf der ersten Energieübertragungskomponente als auch Objekte, insbesondere metallische, welche in dem Luftspalt angeordnet sind, erfassen kann. Mittels der Heizwirkung des PTC-Heizelementes kann ebenfalls sehr leicht Niederschlag beziehungsweise Schnee, Regen oder anderweitige Feuchtigkeit von der ersten Energieübertragungskomponente entfernt werden.In an advantageous embodiment, the electric heating element may be formed as a PTC heating element. The PTC heating element is an already established component, which is characterized in particular by its simple structure. Thus, the electric heating element can be provided very easily, which can detect both precipitation on the first energy transmission component and objects, in particular metallic, which are arranged in the air gap. By means of the heating effect of the PTC heating element, precipitation or snow, rain or other moisture can likewise be removed from the first energy transmission component very easily.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltungsform der Erfindung kann das elektrische Heizelement als Heizfolie ausgebildet sein, welche an der ersten Energieübertragungskomponente angeordnet ist. Das Heizelement umfasst dabei beispielsweise wenigstens ein elektrisches, das heißt elektrisch betreibbares Heizteil, welches als Widerstandsheizelement, insbesondere als Heizdraht, ausgebildet sein kann. Ferner umfasst die Heizfolie wenigstens ein Folienelement, welche beispielsweise eine Folienlage bildet, die an sich formlabil beziehungsweise biegeschlaff sein kann. Dabei ist das Heizteil an dem Folienelement gehalten, insbesondere zumindest teilweise, vorzugsweise zumindest überwiegend, in dem beispielsweise aus einem Kunststoff gebildeten Folienelement angeordnet. Dadurch kann das Heizelement besonders einfach auf der ersten Energieübertragungskomponente angeordnet werden. Ebenfalls kann die Heizfolie bei möglicher Beschädigung sehr einfach getauscht werden, wodurch der Bauaufwand besonders gering gehalten werden kann.According to a further advantageous embodiment of the invention, the electric heating element may be formed as a heating foil, which is arranged on the first energy transmission component. In this case, the heating element comprises, for example, at least one electrical, that is to say electrically operable heating part, which can be designed as a resistance heating element, in particular as a heating wire. Furthermore, the heating foil comprises at least one film element, which forms, for example, a film layer, which may be inherently dimensionally stable or limp. In this case, the heating part is held on the film element, in particular at least partially, preferably at least predominantly, arranged in the film element formed, for example, from a plastic. As a result, the heating element can be arranged particularly easily on the first energy transmission component. Also, the heating foil can be easily replaced if possible damage, whereby the construction cost can be kept very low.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltungsform kann das elektrische Heizelement Heizdrähte aufweisen, welche mäanderförmig angeordnet sind. Mittels der Mäanderform kann eine Vielzahl von zueinander parallelen Hauptabschnitten und demgegenüber kürzeren Verbindungsabschnitten realisiert werden. Die Verbindungsabschnitte können dabei jeweils Enden zweier benachbarter Hauptabschnitte miteinander verbinden. Bei einem Stromfluss durch den jeweiligen Heizdraht sind die Stromrichtungen in den benachbarten Hauptabschnitten einander entgegengesetzt. Mit dieser Form kann der jeweilige Heizdraht eine Fläche beispielsweise zwischen einer Spule der ersten Energieübertragungskomponente und einer zu überwachenden Oberfläche eines Gehäuses der ersten Energieübertragungskomponente engmaschig überdecken, ohne dass in den Heizdrähten bei der induktiven Energieübertragung eine hohe Spannung induziert oder die Energieübertragung durch die Heizdrähte nennenswert beeinträchtigt wird.In a further advantageous embodiment, the electric heating element may comprise heating wires, which are arranged meandering. By means of the meandering shape, a plurality of mutually parallel main sections and, on the other hand, shorter connecting sections can be realized. The connecting sections can each end of two connect adjacent main sections together. In a current flow through the respective heating wire, the current directions in the adjacent main sections are opposite to each other. With this shape, the respective heating wire can closely cover a surface, for example, between a coil of the first energy transmission component and a surface of a housing of the first energy transmission component to be monitored, without a high voltage being induced in the heating wires in the inductive energy transmission or significantly impairing the energy transmission through the heating wires becomes.
Ebenfalls zur Erfindung gehört ein Verfahren zum Betreiben einer erfindungsgemäßen Ladevorrichtung. Bei dem Verfahren werden Niederschlag und zwischen der ersten Energieübertragungskomponente und der zweiten Energieübertragungskomponente angeordnete Objekte mittels des elektrischen Heizelementes erfasst. Ferner können Niederschlag beziehungsweise zwischen den Energieübertragungskomponenten angeordnete Objekte mittels des Heizelements entfernt werden. Alternativ oder zusätzlich ist es denkbar, dass die induktive Energieübertragung, das heißt das induktive Laden unterbrechen oder beendet wird, wenn Objekte zwischen den Energieübertragungskomponenten werden beziehungsweise Niederschlag auf der ersten Energieübertragungskomponente erfasst wird, sodass eine Zerstörung oder Beschädigung der Ladevorrichtung verhindert werden kann.Also part of the invention is a method for operating a charging device according to the invention. In the method, precipitation and objects arranged between the first energy transmission component and the second energy transmission component are detected by means of the electrical heating element. Furthermore, precipitation or objects arranged between the energy transfer components can be removed by means of the heating element. Alternatively or additionally, it is conceivable that the inductive energy transfer, that is, the inductive charging interrupted or terminated when objects between the energy transfer components or precipitation on the first energy transfer component is detected, so that destruction or damage of the charging device can be prevented.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. 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.Further advantages, features and details of the invention will become apparent from the following description of a preferred embodiment and from the drawing. The features and feature combinations mentioned above in the description as well as the features and feature combinations mentioned below in the description of the figures and / or in the figures alone can be used not only in the respectively specified combination but also in other combinations or in isolation, without the scope of To leave invention.
Dabei zeigen:Showing:
In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.In the figures, identical or functionally identical elements are provided with the same reference numerals.
Um die elektrische Maschine in ihrem Motorbetrieb zu betreiben, wird die elektrische Maschine mit in dem Energiespeicher gespeicherter Energie versorgt. Dabei ist der Energiespeicher beispielsweise als Hochvolt-Energiespeicher (HV-Energiespeicher) ausgebildet. Dies bedeutet, dass der Energiespeicher eine elektrische Spannung, insbesondere eine elektrische Betriebsspannung, von mehr als 50 Volt, insbesondere von mehr als 100 Volt, aufweist. Beispielsweise weist der Energiespeicher eine elektrische Spannung von mehreren 100 Volt auf, sodass besonders hohe elektrische Leistungen zum Antreiben des Kraftwagens
Durch Versorgen der elektrischen Maschine mit elektrischer Energie aus dem Energiespeicher nimmt dessen Ladezustand, das heißt eine in dem Energiespeicher gespeicherte Menge an elektrischer Energie ab. Um den Energiespeicher zu laden, das heißt um elektrische Energie in den Energiespeicher einzuspeichern, kann beispielsweise die elektrische in einem Generatorbetrieb als Generator betrieben werden, insbesondere dann wenn sich der Kraftwagen bewegt und dabei über seine Räder auf einer Fahrbahn abrollt. Der Generator wird dabei von den auf der Fahrbahn abrollenden Rädern des sich bewegenden Kraftwagens
Um den Energiespeicher des Kraftwagens
Ferner ist eine als Sekundärspule ausgebildete zweite Energieübertragungskomponente
Zum Laden des Energiespeichers mittels der Ladevorrichtung
Die Primärspule ist beispielsweise elektrisch mit einer bezogen auf den Kraftwagen
Die Ladevorrichtung
Aus
Um nun die Energieübertragung von der Primärspule zu der Sekundärspule besonders einfach, insbesondere mit einem nur geringen Bauaufwand, und somit besonders kostengünstig zu verbessern, ist das elektrische Heizelement (Heizfolie
Die in
Das Steuergerät ist weiterhin dazu ausgebildet, die Heizfolie
Das PTC-Heizelement
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 1010
- Kraftwagenmotor vehicle
- 1212
- Ladevorrichtungloader
- 1414
- erste Energieübertragungskomponentefirst energy transfer component
- 1616
- zweite Energieübertragungskomponentesecond energy transfer component
- 1818
- Heizfolieheating film
- 2020
- Objekteobjects
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- Folienelementfilm element
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- DE 102011076186 A1 [0002] DE 102011076186 A1 [0002]
- DE 102012103321 A1 [0004] DE 102012103321 A1 [0004]
Claims (5)
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-
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- 2016-06-03 DE DE102016006801.9A patent/DE102016006801A1/en not_active Withdrawn
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102011076186A1 (en) | 2011-05-20 | 2012-11-22 | Siemens Aktiengesellschaft | Arrangement and method for eliminating a disturbance of a wireless energy transmission |
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