Die vorliegende Erfindung betrifft eine stationäre Induktionsladeeinrichtung für ein induktives Fahrzeugladesystem zum Aufladen einer Batterie eines batterieelektrischen Fahrzeugs. Die Erfindung betrifft außerdem ein mit einer derartigen stationären Induktionsladeeinrichtung ausgestattetes induktives Fahrzeugladesystem.

Ein derartiges induktives Fahrzeugladesystem umfasst eine stationäre Induktionsladeeinrichtung, die auch als Bodenbaugruppe oder Ground Assembly bezeichnet werden kann und die in der Regel ortsfest, beispielsweise an einem Fahrzeugstellplatz, angeordnet und an ein elektrisches Stromnetz angeschlossen ist, und eine mobile Induktionsladeeinrichtung, die auch als Fahrzeugbaugruppe oder Vehicle Assembly bezeichnet werden kann und die am jeweiligen Fahrzeug angeordnet ist, insbesondere am Fahrzeugunterboden. Die mobile Induktionsladeeinrichtung ist dabei mit der Batterie des Fahrzeugs auf geeignete Weise gekoppelt, z.B. über ein entsprechendes fahrzeugseitiges Ladegerät. Zum Aufladen der Batterie wird das Fahrzeug mit seiner mobilen Induktionsladeeinrichtung bezüglich der stationären Induktionsladeeinrichtung so positioniert, dass mittels Induktion, also über ein elektromagnetisches Wechselfeld, elektrische Energie von der stationären Induktionsladeeinrichtung auf die mobile Induktionsladeeinrichtung übertragen werden kann. Beim induktiven Fahrzeugladesystem kann auf Ladestecker verzichtet werden, die mit fahrzeugseitigen Ladebuchsen gesteckt werden müssen.

Eine derartige stationäre Induktionsladeeinrichtung weist zumindest eine Spule zum Erzeugen eines elektromagnetischen Wechselfelds auf, die auch als Resonatorspule bezeichnet werden kann. Es ist klar, dass die stationäre Induktionsladeeinrichtung auch eine geeignete Leistungselektronik zur Energieversorgung der Spule sowie zum Ansteuern der Spule aufweist. Die stationäre Induktionsladeeinrichtung besitzt eine Längsrichtung, eine dazu senkrecht verlaufende Querrichtung sowie eine senkrecht zur Längsrichtung und senkrecht zur Querrichtung verlaufende Höhenrichtung. Bei ordnungsgemäß auf einem Untergrund oder in einem Untergrund vertieft oder versenkt angeordneter stationärer Induktionsladeeinrichtung erstrecken sich die Längsrichtung und die Querrichtung horizontal, während sich die Höhenrichtung vertikal, also parallel zur Schwerkraftrichtung erstreckt. Bei der stationären Induktionsladeeinrichtung erstreckt sich die Spule in einer senkrecht zur Höhenrichtung verlaufenden Ebene. Weiterhin ist es zweckmäßig, die Spule innerhalb der stationären Induktionslageeinrichtung auf einem in Höhenrichtung möglichst hohem Niveau anzuordnen, um eine optimale Kopplung mit einer in einem Fahrzeug über der stationären Induktionsladeeinrichtung angeordneten mobilen Induktionsladeeinrichtung zur erreichen.

Die jeweilige Spule ist mit elektrischen Leitern gebildet, die als Litzen ausgestaltet sind. Eine Litze weist mehrere elektrisch leitende Drähte auf. Zur Lagefixierung der Litzen kann die stationäre Induktionsladeeinrichtung eine Litzenträgerstruktur aus Kunststoff aufweisen, in der die Litzen zumindest teilweise eingebettet sind. Während des Betriebs der Induktionsladeeinrichtung kann die Spule bei einer hohen elektrischen Leistung vergleichsweise viel Wärme erzeugen, die abgeführt werden muss, um eine lokale Überhitzung und damit eine Beschädigung der stationären Ladeeinrichtung zu vermeiden. Hierzu kann die Induktionsladeeinrichtung mit einer Kühlplattenstruktur aus Kunststoff ausgestattet sein, die sich bezüglich der Höhenrichtung unterhalb der Litzen senkrecht zur Höhenrichtung erstreckt. In der Kühlplattenstruktur ist ein Kühlkanalsystem ausgebildet, das mehrere Kühlkanäle zum Führen eines Kühlmittels aufweist. Die Verwendung von Kunststoff für die Kühlplattenstruktur ist besonders zweckmäßig, da sich Kunststoff in der Regel besonders gut eignet eine Anwendung innerhalb einer Induktionsladeeinrichtung. Kunststoffe lassen sich vergleichsweise einfach so konfigurieren, dass sie weitestgehend elektromagnetisch neutral sind und somit ein in der Umgebung vorliegendes Magnetfeld nicht beeinflussen. Des Weiteren kann die stationäre Induktionsladeeinrichtung mit mehreren magnetfeldleitenden Leitplatten aus einem weichmagnetischen Material ausgestattet sein, die sich senkrecht zur Horizontalrichtung erstrecken und die bezüglich der Horizontalrichtung unterhalb der Litzen angeordnet sind. Mit Hilfe der Leitplatten wird das mit Hilfe der jeweiligen Spule erzeugte elektromagnetische Wechselfeld, das von der jeweiligen Spule auch nach unten abgestrahlt wird, nach oben abgelenkt, wodurch das nach oben abgestrahlte Wechselfeld quasi verstärkt wird. Weichmagnetische Werkstoffe sind gekennzeichnet durch eine leichte Magnetisierbarkeit, die sich in einer kleinen Koerzitivfeldstärke ausdrückt. Im Unterschied dazu besitzen hartmagnetische Werkstoffe, insbesondere Dauermagnete, sehr hohe Koerzitivfeldstärken und setzen äußeren Magnetfeldern dementsprechend einen hohen Widerstand entgegen.

Das weichmagnetische Material der Leitplatten erzeugt im Betrieb ebenfalls thermische Verluste, also Wärme, die ebenfalls aus den Leitplatten abgeführt werden muss.

Für eine hohe elektrische Effizienz ist es zudem erforderlich, diese Leitplatten möglichst nahe an den Litzen zu positionieren, jedoch ohne Kontakt, also beab- standet davon. Beispielsweise werden die Leitplatten mit einem geringen Abstand von wenigen Millimetern, insbesondere weniger als 10 mm oder weniger als 5 mm, zu den Litzen positioniert. Hinsichtlich einer guten Wärmeabfuhr, also für eine möglichst hohe thermische Effizienz ist es dagegen erforderlich, die Kühlplattenstruktur möglichst nahe an den Litzen bzw. an der Litzenträgerstruktur anzuordnen. Hierdurch entsteht ein Zielkonflikt.

Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit der Lösung dieses Zielkonflikts. Insbesondere soll für eine stationäre Induktionsladeeinrichtung bzw. für ein damit ausgestattetes induktives Fahrzeugladesystem eine Ausführungsform angegeben werden, die sich durch eine effiziente elektrische Leistung und eine effiziente Wärmeabfuhr auszeichnet.

Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.

Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, die Leitplatten bezüglich der Höhenrichtung zwischen den Litzen und den Kühlkanälen anzuordnen, wozu die Leitplatten zumindest teilweise in die Litzenträgerstruktur und/oder in die Kühlplattenstruktur eingebettet sind. Durch die Positionierung der Leitplatten zwischen den Litzen und den Kühlkanälen wird zunächst die elektrische Effizienz gesteigert, da sich die Leitplatten nahe an den Litzen befinden. Durch die Einbettung der Leitplatten in die Litzenträgerstruktur kann die elektrische Effizienz weiter gesteigert werden. Gleichzeitig reduziert sich dadurch der Abstand zwischen der Kühlplattenstruktur und der Litzenträgerstruktur, was die thermische Effizienz verbessert. Durch die Einbettung der Leitplatten in die Kühlplattenstruktur verbessert sich deren Kühlung. Ferner verringert sich dadurch der Abstand zwischen Kühlplattenstruktur und Litzenträgerstruktur, was die thermische Effizienz steigert bzw. die Kühlung der Spule verbessert.

Die Leitplatten bestehen vorzugsweise aus einem weichmagnetischen und vorzugsweise elektrisch isolierenden bzw. elektrisch wenig leitfähigen Material. Für die relative Permeabilität PR soll vorzugsweise gelten, dass PR > 2 und insbesondere PR > 1.000 ist. Geeignete Materialien sind beispielsweise Ferrite, sodass die Leitplatten häufig auch als Ferritplatten bezeichnet werden.

Im vorliegenden Zusammenhang wird unter dem Begriff „eingebettet“ verstanden, dass das eingebettete Bauteil, z.B. die Litzen oder die Leitplatten, mehr oder weni- ger vom Material der Struktur, in das das jeweilige Bauteil eingebettet ist, umgeben ist. Dies kann dadurch erreicht werden, dass in der Struktur passende Vertiefungen oder Aussparungen zum Einsetzen des jeweiligen Bauteils vorgesehen werden. Ebenso ist denkbar, dass die jeweilige Struktur an das jeweilige Bauteil angespritzt bzw. angegossen wird.

Im Einzelnen kann daher hinsichtlich der Einbettung der Litzen vorgesehen sein, dass die Litzen derart in die Litzenträgerstruktur eingebettet sind, dass die Litzen zumindest teilweise vom Material der Litzenträgerstruktur umgeben sind. Zusätzlich oder alternativ kann vorgesehen sein, dass die Litzenträgerstruktur zum Einbetten der Litzen Vertiefungen aufweist, in welche die Litzen eingesetzt sind. Alternativ dazu kann vorgesehen sein, dass die Litzenträgerstruktur an die Litzen angespritzt oder angegossen ist.

Zusätzlich oder alternativ kann hinsichtlich der Einbettung der Leitplatten vorgesehen sein, dass die Leitplatten derart in die Litzenträgerstruktur und/oder in die Kühlplattenstruktur eingebettet sind, dass die Leitplatten zumindest teilweise vom Material der Litzenträgerstruktur und/oder vom Material der Kühlplattenstruktur umgeben sind. Zusätzlich oder alternativ kann vorgesehen sein, dass die Litzenträgerstruktur und/oder die Kühlplattenstruktur zum Einbetten der Leitplatten Vertiefungen aufweist/aufweisen, in welche die Leitplatten eingesetzt sind. Alternativ dazu kann vorgesehen sein, dass die Litzenträgerstruktur und/oder die Kühlplattenstruktur an die Leitplatten angespritzt oder angegossen ist/sind.

Bei allen Komponenten, die thermisch bzw. wärmeübertragen miteinander verbunden sind, können thermische Interfacematerialien, sogenannte TIM, zum Einsatz kommen, welche die Wärmeübertragung zwischen diesen Komponenten verbessern. TIM können z.B. wärmeleitende Klebstoffe oder wärmeleitende Vergussmassen, jeweils mit einer Wärmeleitfähigkeit von beispielsweise größer als 0,5 W/(m*K), oder Wärmeleitpasten sein. Die relativen Ortsangaben "oben", "unten", "oberhalb" und "unterhalb" beziehen sich auf eine räumliche Ausrichtung der stationären Induktionsladeeinrichtung, die diese im ordnungsgemäßen Betrieb besitzt. Dann verläuft ihre Höhenrichtung parallel zur Schwerkraftrichtung und ein unteres Bauteil befindet sich dann in der Schwerkraftrichtung unterhalb eines oberen Bauteils.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform kann zumindest einer der Kühlkanäle oder können mehrere oder alle Kühlkanäle des Kühlkanalsystems im Bereich der Leitplatten an einer bezüglich der Höhenrichtung den Litzen zugewandten Oberseite offen sein, wobei dann der jeweilige, an der Oberseite offene Kühlkanal von einer der Leitplatten abgedeckt und verschlossen ist. In der Folge kann im Betrieb der Induktionsladeeinrichtung das Kühlmittel mit der jeweiligen Leitplatte unmittelbar in Kontakt kommen. Diese Maßnahme reduziert einerseits den Abstand zwischen Kühlkanalstruktur und Litzenträgerstruktur, was zu einer verbesserten thermischen Effizienz führt. Zum anderen lässt sich durch diese Maßnahme die Wärmeabfuhr von den Leitplatten signifikant verbessern, sodass auch hierdurch die thermische Effizienz gesteigert wird.

Zweckmäßig kann die jeweilige Leitplatte zumindest an ihrer, dem jeweiligen Kühlkanal zugewandten Unterseite lackiert oder beschichtet sein. Mit einer derartigen Lackierung bzw. Beschichtung kann eine unerwünschte Wechselwirkung, wie z.B. Korrosion, zwischen dem vorzugsweise flüssigen Kühlmittel und dem Material der Leitplatten vermieden werden.

Bei einer anderen Bauform können die Kühlkanäle im Bereich der Leitplatten in der Höhenrichtung von der jeweils benachbarten Leitplatte beabstandet sein. Mit anderen Worten, bei dieser Bauform sind die jeweiligen Kühlkanäle an ihrer Oberseite durch den Kunststoff der Kühlkanalstruktur verschlossen. Hierdurch kann die Gefahr von Leckagen reduziert werden. Bei dieser Bauform können die vergleichsweise steifen Leitplatten die Kühlplattenstruktur dort versteifen, wo die Leitplatten mit der Kühlplattenstruktur in Kontakt stehen. Die Aussteifung der Kühlplattenstruktur ermöglicht die Verwendung reduzierter Wandstärken und/oder höhere Drücke im Kühlmittel, was jeweils die thermische Effizienz steigert. Eine geringe bzw. reduzierte Wandstärke liegt insbesondere dann vor, wenn diese weniger als 1 ,5 mm, vorzugsweise weniger als 1 ,0 mm, beträgt.

Zweckmäßig können die Kühlkanäle im Bereich der Leitplatten in der Höhenrichtung einen oberen Abstand zur jeweils benachbarten Leitplatte aufweisen, der kleiner ist als ein unterer Abstand, den der jeweilige Kühlkanal zu einer von den Leitplatten abgewandten Unterseite der Kühlplattenstruktur aufweist. Mit anderen Worten, bei dieser Ausführungsform wird die Wandstärke der Kühlplattenstruktur im Bereich der Leitplatten reduziert, um die thermische Effizienz zu steigern. Die Leitplatten gewährleisten dabei in diesem Bereich eine ausreichende Stabilität für die Kühlplattenstruktur.

Bei dieser Bauform ist es ebenfalls zweckmäßig, dass die Leitplatten mit der Oberseite der Kühlplattenstruktur stoffschlüssig verbunden sind. Dazu eignet sich insbesondere eine Klebeverbindung in den Kontaktflächen zwischen den Leitplatten und der Kühlplattenstruktur. Eine derartige stoffschlüssige Verbindung erhöht zum einen die aussteifende Wirkung der Leitplatten auf die Kühlplattenstruktur. Zum anderen wird dadurch ebenfalls die thermische Effizienz zwischen Leitplatten und Kühlplattenstruktur weiter erhöht. Besonders zu bevorzugen ist bei einer solchen geklebten Verbindung zwischen Leitplatten und Kühlplattenstruktur die Verwendung eines Klebstoffes mit verbesserten Wärmeleiteigenschaften, z.B. mit einer spezifischen Wärmeleitfähigkeit > 0,5 W/(m*K).

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass die jeweilige Leitplatte mit der Kühlplattenstruktur mechanisch verbunden ist. Hierdurch wird die Kühlkanalstruktur stabilisiert. Die mechanische Verbindung z.B. kann eine Schweißverbindung oder eine Klebverbindung sein.

Bei einer anderen vorteilhaften Ausführungsform, kann vorgesehen sein, dass die Leitplatten jeweils eine Wärmeleithülle aufweisen und/oder dass die Litzen jeweils eine Wärmeleithülle aufweisen. Die Wärmeleithülle verbessert die Wärmeübertragung zwischen den Leitplatten bzw. den Litzen und der jeweils benachbarten Komponente, insbesondere die Kühlplattenstruktur bzw. die Litzenträgerstruktur. Die Wärmeleithülle kann als integraler Bestandteil, z.B. als Lack oder Beschichtung, an der jeweiligen Litze bzw. Leitplatte ausgebildet sein und/oder als nachträglich an der Litze bzw. Leitplatte angebrachtes thermisches Interfacematerial, wie z.B. Wärmeleitkleber, Wärmeleitfolie, Wärmeleitpaste, ausgestaltet sein.

Bei einer anderen Ausführungsform kann bezüglich der Höhenrichtung zwischen den Litzen und den Leitplatten eine Distanzplatte angeordnet sein, die sich senkrecht zur Höhenrichtung erstreckt. Die Distanzplatte kann zweckmäßig aus einem Material bestehen, dessen Wärmeleitfähigkeit größer ist als die Wärmeleitfähigkeit des Kunststoffs der Litzenträgerstruktur und/oder des Kunststoffs der Kühlplattenstruktur. Zweckmäßig kann außerdem vorgesehen sein, dass die Distanzplatte an ihrer Oberseite mit den Litzen in Kontakt steht und/oder an ihrer Unterseite mit den Leitplatten in Kontakt steht. Ein solcher Kontakt kann unmittelbar sein oder mittelbar. Ein mittelbarer Kontakt erfolgt zweckmäßig über bzw. durch ein TIM, z.B. durch einen Verguss oder eine Verklebung realisiert werden, wobei selbstverständlich für das dafür eingebrachte Vergussmaterial bzw. für den dafür eingebrachten Klebstoff ebenfalls gilt, dass dessen Wärmeleitfähigkeit größer als die Wärmeleitfähigkeit des Kunststoffs der Litzenträgerstruktur und des Kunststoffs der Kühlplattenstruktur ist, und bevorzugt auch größer als die Wärmeleitfähigkeit der Distanzplatte. Hierdurch lässt sich die Wärmeübertragung zwischen der Distanzplatte und den Litzen und/oder den Leitplatten verbessern. Zweckmäßig ist das Material der Distanzplatte elektromagnetisch neutral, also elektrisch isolierend und magnetisch durchlässig. Das Material der Distanzplatte ist ein relativ guter Wärmeleiter, wobei für dessen Wärmeleitfähigkeit Lambda insbesondere gilt, dass X > 0,5 Watt/(m*K) beträgt. Das Material der Distanzplatte ist z.B. ein Wärmeleitkunststoff oder eine Keramik.

Gemäß einer anderen Ausführungsform kann die Litzenträgerstruktur als bezüglich der Kühlplattenstruktur separate Litzenträgerplatte ausgestaltet sein. Diese Litzenträgerplatte steht in der Horizontalrichtung mit der Kühlplattenstruktur in Kontakt oder ist zur Kühlplattenstruktur beabstandet. Die Verwendung einer solchen separaten Litzenträgerplatte vereinfacht die Herstellung und ermöglicht die Verwendung unterschiedlicher Materialien für die Litzenträgerstruktur und die Kühlplattenstruktur.

Gemäß einer alternativen Ausführungsform können die Litzenträgerstruktur und die Kühlplattenstruktur in einem gemeinsamen Plattenkörper ausgebildet sein, in dem die Leitplatten vollständig eingebettet sind. Hierdurch lässt sich eine in der Höhenrichtung besonders kompakte Bauform realisieren, was die elektrische und thermische Effizienz steigert.

Bei einer weiteren alternativen Ausführungsform kann die Kühlplattenstruktur ein Plattenunterteil, in dem die Kühlkanäle als nach oben offene Vertiefungen ausgebildet sind, und ein Plattenoberteil aufweisen, das die Kühlkanäle oben verschließt und das mit den Leitplatten in Kontakt steht. Die zweiteilige Ausgestaltung der Kühlplattenstruktur vereinfacht die Ausbildung der innen liegenden Kühlkanäle. Insbesondere lassen sich Plattenoberteil und Plattenunterteil preiswert herstellen, z.B. durch Prägen, Spritzgießen, Spritzprägen, Platten, Folien oder dergleichen.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung kann vorgesehen sein, dass die Leitplatten zumindest teilweise versenkt im Plattenoberteil angeordnet sind. Hierdurch lässt sich im Plattenoberteil im Bereich der Leitplatten eine besonders kleine Wandstärke realisieren, da das Plattenoberteil im Bereich der Leitplatten durch diese Leitplatten verstärkt ist. Die reduzierte Wandstärke verbessert die thermische Effizienz.

Eine andere Weiterbildung schlägt vor, dass die Litzenträgerstruktur und das Plattenoberteil in einem gemeinsamen Plattenkörper ausgebildet sind, in dem die Leitplatten vollständig eingebettet sind. Auch diese Bauform unterstützt eine in der Höhenrichtung kompakte Bauweise und ist vorteilhaft hinsichtlich elektrischer und magnetischer Effizienz. Gleichzeitig kann die einfache Realisierung der innen liegenden Kühlkanäle beibehalten werden.

Bei einer anderen Ausführungsform können die Leitplatten vollständig versenkt in der Litzenträgerstruktur angeordnet sein, sodass die Leitplatten bündig mit einer der Kühlplattenstruktur zugewandten Unterseite der Litzenträgerstruktur abschließen. Hierdurch wird der Abstand zwischen den Litzen und den Leitplatten reduziert.

Bei einer alternativen Ausführungsform können die Leitplatten vollständig versenkt in der Kühlplattenstruktur angeordnet sein, sodass die Leitplatten bündig mit einer der Litzenträgerstruktur zugewandten Oberseite der Kühlplattenstruktur abschließen. Durch diese Maßnahme lässt sich der Abstand zwischen Kühlplattenstruktur und Litzenträgerstruktur minimieren.

Bei einer anderen alternativen Ausführungsform können die Leitplatten in der Litzenträgerstruktur und in der Kühlplattenstruktur jeweils teilweise versenkt angeordnet sein. Diese Maßnahme verbessert die elektrische und die thermische Effizienz.

Bei einer weiteren alternativen Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass die Leitplatten nur teilweise versenkt in der Litzenträgerstruktur angeordnet sind und mit einer eben ausgestalteten Oberseite der Kühlplattenstruktur in Kontakt stehen. In diesem Fall wird auf Vertiefungen in der Kühlplattenstruktur verzichtet, was die Herstellung der Kühlplattenstruktur vereinfacht.

Bei einer weitere alternativen Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass die Leitplatten nur teilweise versenkt in der Kühlplattenstruktur angeordnet sind und mit einer eben ausgestalteten Unterseite der Litzenträgerstruktur in Kontakt stehen. In diesem Fall kann auf Vertiefungen in der Litzenträgerstruktur verzichtet werden, was deren Herstellung vereinfacht.

Bei einer anderen vorteilhaften Ausführungsform kann die Induktionsladeeinrichtung eine Bodenplatte, insbesondere aus Metall, aufweisen, die sich bezüglich der Höhenrichtung unterhalb der Kühlplattenstruktur und senkrecht zur Höhenrichtung erstreckt. Mit Hilfe der Bodenplatte kann die Induktionsladeeinrichtung auf einem Untergrund aufliegen. Die Kühlplattenstruktur kann über mehrere Stützstrukturen in der Höhenrichtung an der Bodenplatte abgestützt sein. Die Abstützung erfolgt dabei derart, dass die stationäre Induktionsladeeinrichtung von einem Fahrzeug überfahrbar ist. Zweckmäßig kann dabei vorgesehen sein, dass die Stützstrukturen jeweils im Bereich einer der Leitplatten angeordnet sind. Dabei können die Stützstrukturen jeweils mittig oder zentral bezüglich einer solchen Leitplatte angeordnet sein. Alternativ ist ebenso denkbar, die Stützstrukturen jeweils in einem Bereich anzuordnen, in denen zwei oder mehr Leitplatten indirekt über einen Spalt o- der direkt aneinander angrenzen, oder randseitig an einer oder mehreren Leitplatten anzuordnen.

Bei einer anderen Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass die jeweilige Stützstruktur integral an der Kühlplattenstruktur, insbesondere am weiter oben genannten Kühlplattenunterteil ausgeformt ist. Dies vereinfacht die Herstellung. Alternativ dazu kann auch vorgesehen sein, dass die jeweilige Stützstruktur bezüglich der Kühlplattenstruktur und der Bodenplatte separat ausgestaltet ist. Hierdurch ist insbesondere eine optimierte Matenalauswahl für die Stützstruktur möglich. Beispielsweise kann ein faserverstärkter Kunststoff zum Einsatz kommen.

Bei einer anderen Ausführungsform kann die Induktionsladeeinrichtung in der Höhenrichtung zwischen der Kühlplattenstruktur und einer Bodenplatte der Induktionsladeeinrichtung einen Innenraum aufweisen. In diesem Innenraum können sich beispielsweise die Stützstrukturen erstrecken oder Komponenten der Elektronik, insbesondere der Leistungselektronik, angeordnet sein. Zweckmäßig kann in diesen Innenraum ein Feuchtigkeitsabsorber angeordnet sein. Der Feuchtigkeitsabsorber weist ein Feuchtigkeit absorbierendes Material, wie z.B. Zeolith oder Silika- gel auf und hält den Innenraum trocken. Hierdurch ist es möglich, für die Kühlplattenstruktur einen Kunststoff zu verwenden, der eine gewisse Diffusionsfähigkeit für das Kühlmittel besitzt. Eine besonders hohe Effektivität eines Feuchtigkeitsabsorbers ergibt sich auch aus der Tatsache, dass die stationäre Induktionseinrichtung im Betrieb regelmäßig auf eine höhere Temperatur erwärmt wird, wodurch die geringen Mengen an diffundiertem Kühlmittel erwärmt und zumindest in Teilen verdampft werden, wodurch sich die Absorption dieses Kühlmitteldampfes in den Feuchtigkeitsabsorber deutlich steigert und der Innenraum als weitestgehend trockener Raum ausgewiesen werden kann.

Die Litzenträgerstruktur ist zweckmäßig eben und flach konzipiert. Die Kühlplattenstruktur ist zweckmäßig eben und flach konzipiert. Die Leitplatten sind zweckmäßig eben und flach konzipiert. Die Distanzplatte ist zweckmäßig eben und flach konzipiert.

Ein erfindungsgemäßes induktives Fahrzeugladesystem dient zum Aufladen einer Batterie eines batterieelektrischen Fahrzeugs. Hierzu weist das Fahrzeugladesystem eine stationäre Induktionsladeeinrichtung der vorstehend beschriebenen Art sowie eine mobile Induktionsladeeinrichtung auf, die im oder am Fahrzeug angeordnet ist. Es ist klar, dass die mobile Induktionsladeeinrichtung des Fahrzeugs auf die stationäre Induktionsladeeinrichtung abgestimmt ist, sodass bei ordnungsgemäßer Positionierung des Fahrzeugs bzw. der mobilen Induktionsladeeinrichtung oberhalb der stationären Induktionsladeeinrichtung eine induktive Energieübertragung zum Aufladen der Batterie erfolgen kann.

Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.

Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Vorstehend genannte und nachfolgend noch zu nennende Bestandteile einer übergeordneten Einheit, wie z.B. einer Einrichtung, einer Vorrichtung oder einer Anordnung, die separat bezeichnet sind, können separate Bauteile bzw. Komponenten dieser Einheit bilden oder integrale Bereiche bzw. Abschnitte dieser Einheit sein, auch wenn dies in den Zeichnungen anders dargestellt ist.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Komponenten beziehen.

Es zeigen, jeweils schematisch, Fig. 1 bis 14 jeweils einen stark vereinfachten, prinzipiellen Vertikalschnitt durch einen Teil einer stationären Induktionsladeeinrichtung bei unterschiedlichen Ausführungsformen,

Fig. 15 ein vergrößertes Detail der stationären Induktionsladeeinrichtung bei einem konkretisierten Vertikalschnitt einer weiteren Ausführungsform.

Entsprechend den Figuren 1 bis 15 umfasst eine stationäre Induktionsladeeinrichtung 1 wenigstens eine Spule 2 zum Erzeugen eines elektromagnetischen Wechselfelds. Die Induktionsladeeinrichtung 1 ist dabei Bestandteil eines induktiven Fahrzeugladesystems 3, das zusätzlich zur gezeigten stationären Induktionsladeeinrichtung 1 eine hier nicht gezeigte mobile Induktionsladeeinrichtung aufweist, die an oder in einem batterieelektrischen Fahrzeug angeordnet ist. Das Fahrzeugladesystem 3 dient zum Aufladen einer Batterie des batterieelektrischen Fahrzeugs, wobei die Übertragung der elektrischen Energie mittels Induktion erfolgt, sodass auf Steckverbindungen zwischen einer Ladestation und dem Fahrzeug verzichtet werden kann.

Die Induktionsladeeinrichtung 1 besitzt eine Längsrichtung X, eine senkrecht dazu verlaufende Querrichtung Y und eine senkrecht zur Längsrichtung X und senkrecht zur Querrichtung Y verlaufende Höhenrichtung Z. In den Vertikalschnitten der Figuren 1 bis 15 liegen die Längsrichtung X und die Höhenrichtung Z in der Zeichnungsebene, während die Querrichtung Y senkrecht dazu verläuft. Im ordnungsgemäßen Betriebszustand der stationären Induktionsladeeinrichtung 1 ist diese an einem Fahrzeugstellplatz auf einem Untergrund angeordnet oder vertieft, insbesondere versenkt, im Untergrund angeordnet. Jedenfalls erstreckt sich dann die Höhenrichtung Z vertikal, also parallel zur Schwerkraft. Die Längsrichtung X und die Querrichtung Y erstrecken sich dann horizontal. Die jeweilige Spule 2 erstreckt sich in einer senkrecht zur Höhenrichtung Z verlaufenden Ebene. Die jeweilige Spule 2 ist mit Hilfe mehrerer elektrischer Leiter gebildet, die als Litzen 4 ausgestaltet sind.

Die Induktionsladeeinrichtung 1 weist außerdem eine Litzenträgerstruktur 5, eine Kühlplattenstruktur 6 sowie mehrere Leitplatten 7 auf. Die Litzenträgerstruktur 5 besteht aus einem Kunststoff und dient zum Positionieren der Litzen 4. Hierzu sind die Litzen 4 zumindest teilweise in die Litzenträgerstruktur 5 eingebettet. Zumindest die Ausführungsformen der Figuren 7, 8 und 12 bis 14 zeigen eine vollständige Einbettung der Litzen 4 im Kunststoff der Litzenträgerstruktur 5.

Die Kühlplattenstruktur 6 besteht aus einem Kunststoff und erstreckt sich bezüglich der Höhenrichtung Z unterhalb der Litzen 4 sowie senkrecht zur Höhenrichtung. In der Kühlplattenstruktur 6 ist ein Kühlkanalsystem 8 ausgebildet, das mehrere Kühlkanäle 9 aufweist, die ein Kühlmittel, vorzugsweise ein flüssiges Kühlmittel, führen. Die Leitplatten 7 dienen zum Leiten eines Magnetfelds und sind hierzu aus einem weichmagnetischen Material gebildet, das vorzugsweise elektrisch isolierend oder zumindest elektrisch wenig leitfähig ist. Die Leitplatten 7 erstrecken sich senkrecht zur Höhenrichtung Z und sind bezüglich der Höhenrichtung Z zwischen den Litzen 4 und den Kühlkanälen 9 angeordnet. Bei allen Ausführungsformen sind die Leitplatten 7 zumindest teilweise in die Litzenträgerstruktur 5 und/oder in die Kühlplattenstruktur 6 eingebettet. Bei den Ausführungsformen der Figuren 1 bis 3, 6 bis 11 und 15 sind die Leitplatten 7 vollständig versenkt in der Kühlplattenstruktur 6 angeordnet. In den Beispielen der Figuren 4 und 5 sind die Leitplatten 7 dagegen nur teilweise versenkt in der Kühlplattenstruktur 6 angeordnet. Im Beispiel der Figur 12 sind die Leitplatten 7 vollständig in der Litzenträgerstruktur 5 angeordnet. In den Beispielen der Figuren 13 und 14 sind die Leitplatten 7 dagegen nur teilweise versenkt in der Litzenträgerstruktur 5 angeordnet. Ferner kann bei allen wärmeübertragend miteinander verbundenen, insbesondere in Kon- takt stehenden Komponenten, vor allem bei den Wärme abgebenden Komponenten wie die Litzen 4 und die Leitplatten 7, an den Oberflächen ein TIM, also ein thermisches Interfacematerial zum Einsatz kommen, was exemplarisch und stellvertretend für alle anderen Ausführungsformen weiter unten in Verbindung mit der in Figur 14 gezeigten Ausführungsform näher erläutert wird. Das TIM wird dort mit 28, bzw. 29 bezeichnet.

Die Figuren 1 und 2 zeigen Ausführungsformen, bei denen die Kühlkanäle 9 im Bereich der Leitplatten 7 an einer bezüglich der Höhenrichtung Z den Litzen 4 zugewandten Oberseite offen sind. Ferner sind die offenen Oberseiten der Kühlkanäle 9 durch die Leitplatten 7 abgedeckt, zweckmäßig fluiddicht verschlossen. Im Betrieb der Induktionsladeeinrichtung 1 kann das Kühlmittel somit unmittelbar mit den Leitplatten 7 in Kontakt kommen. Gemäß Figur 2 kann die jeweilige Leitplatte 7 zumindest an ihrer den Kühlkanälen 9 zugewandten Unterseite eine elektromagnetisch neutrale Lackierung 10 oder Beschichtung 10 aufweisen, sodass das Kühlmittel mit der Lackierung 10 bzw. mit der Beschichtung 10 der Leitplatte 7 in Kontakt kommt.

Bei den Ausführungsformen der Figuren 3 bis 15 sind die Kühlkanäle 9 im Bereich der Leitplatten 7 in der Höhenrichtung Z von der jeweils benachbarten Leitplatte 7 beabstandet. Besonders vorteilhaft ist dabei eine Ausführungsform, bei der die Kühlkanäle 9 im Bereich der Leitplatten 7 in der Höhenrichtung Z einen in Figur 3 eingezeichneten oberen Abstand 11 zur jeweils benachbarten Leitplatte 7 aufweisen, der kleiner ist als ein in Figur 3 eingetragener unterer Abstand 12, den der jeweilige Kühlkanal 9 zu einer von den Leitplatten 7 abgewandten Unterseite 13 der Kühlplattenstruktur 6 aufweist. Beispielsweise ist der obere Abstand 11 kleiner als 1 ,5 mm, während der untere Abstand 12 größer als 1 ,5 mm ist. Vorzugsweise ist der obere Abstand kleiner als 1 ,0 mm, und der untere Abstand 12 ist größer als 1 ,0 mm. Gemäß den Ausführungsformen der Figuren 1 bis 6 kann die Induktionsladeeinrichtung 1 außerdem mit einer Distanzplatte 14 ausgestattet sein, die bezüglich der Höhenrichtung Z zwischen den Litzen 4 und den Leitplatten 7 angeordnet ist. Die Distanzplatte 14 erstreckt sich senkrecht zur Höhenrichtung Z und besteht aus einem Material, das eine größere Wärmeleitfähigkeit als die Kunststoffe der Litzenträgerstruktur 5 und der Kühlplattenstruktur 6 besitzt. Das Material der Distanzplatte 14 ist zweckmäßig ein elektromagnetisch neutraler Kunststoff oder eine elektromagnetisch neutrale Keramik. Bei den Ausführungsformen der Figuren 1 bis 6 steht die Distanzplatte 14 an ihrer den Litzen 4 zugewandten Oberseite 15 unmittelbar mit den Litzen 4 in Kontakt. Gleichzeitig steht die Distanzplatte 14 an ihrer den Leitplatten 7 zugewandten Unterseite 16 direkt mit den Leitplatten 7 in Kontakt. Durch die Distanzplatte 14 wird die Wärmeübertragung von den Litzen 4 auf die Leitplatten 7 verbessert, was die Wärmeabfuhr von den Litzen 4 unterstützt. Anstelle eines unmittelbaren direkten Kontakts kann hier auch ein TIM zum Einsatz kommen, was weiter unten mit Bezug auf Fig. 14 näher erläutert wird.

Bei den Ausführungsformen der Figuren 1 bis 10 und 12 bis 15 ist die Litzenträgerstruktur 5 als bezüglich der Kühlplattenstruktur 6 separate Litzenträgerplatte 17 ausgestaltet. Diese Litzenträgerplatte 17 steht in den Figuren 1 bis 6 unmittelbar mit der Distanzplatte 14 in Kontakt. Anstelle eines unmittelbaren direkten Kontakts kann hier auch ein TIM zum Einsatz kommen, was weiter unten mit Bezug auf Fig. 14 näher erläutert wird. In den Figuren 1 bis 3, 7 bis 10 sowie 12 und 15 steht die Litzenträgerplatte 17 in der Höhenrichtung Z mit der Kühlplattenstruktur 6 unmittelbar in Kontakt. Auch hier kann anstelle eines unmittelbaren direkten Kontakts ein TIM zum Einsatz kommen, was weiter unten mit Bezug auf Fig. 14 näher erläutert wird. Bei den Ausführungsformen der Figuren 4 bis 6, 13 und 14 ist die Litzenträgerplatte 17 in der Höhenrichtung Z dagegen zur Kühlplattenstruktur 6 beab- standet, sodass dort jeweils eine Lücke 18 oder ein Spalt 18 erkennbar ist. Figur 11 zeigt eine andere Ausführungsform, bei der die Litzenträgerstruktur 5 und die Kühlplattenstruktur 6 in einem gemeinsamen Plattenkörper 19 ausgebildet sind. In diesen Plattenkörper 19 sind die Leitplatten 7 und die Kühlkanäle 9 vollständig eingebettet.

Bei den Ausführungsformen der Figuren 1 bis 4, 6, 8 bis 14 ist die Kühlplattenstruktur 6 jeweils einteilig konzipiert. Im Unterschied dazu zeigen die Ausführungsformen der Figuren 5, 7 und 15 Ausführungsformen, bei denen die Kühlplattenstruktur 6 mehrteilig konzipiert ist und zumindest ein Plattenunterteil 20 sowie zumindest ein Plattenoberteil 21 aufweist. Im Plattenunterteil 20 sind die Kühlkanäle 9 als nach oben offene Vertiefungen ausgestaltet. Das Plattenoberteil 21 ist bezüglich der Höhenrichtung Z oben auf das Plattenunterteil 20 aufgesetzt und verschließt dadurch die offenen Seiten der Kühlkanäle 9 von oben. Ferner steht das Plattenoberteil 21 an seiner vom Plattenunterteil 20 abgewandten Oberseite unmittelbar mit den Leitplatten 7 in Kontakt. Anstelle eines unmittelbaren direkten Kontakts kann hier auch ein TIM zum Einsatz kommen, was weiter unten mit Bezug auf Fig. 14 näher erläutert wird. Grundsätzlich kann das Plattenoberteil 21 an seiner Oberseite eben konfiguriert sein. In den Beispielen der Figuren 5 und 7 sind an der Oberseite des Plattenoberteils 21 dagegen Vertiefungen zur Aufnahme der Leitplatten 7 ausgebildet. Im Beispiel der Figur 5 sind die Leitplatten 7 nur teilweise versenkt im Plattenoberteil 21 angeordnet. Im Beispiel der Figur 7 sind die Leitplatten 7 dagegen vollständig versenkt im Plattenoberteil 21 angeordnet.

Bei einer weiteren, hier nicht gezeigten Ausführungsform können das Plattenoberteil 21 und die Litzenträgerstruktur 5 in einem gemeinsamen Plattenkörper ausgebildet sein, in dem dann die Leitplatten 7 vollständig eingebettet sind. Im Beispiel der Figur 12 sind die Leitplatten 7 vollständig versenkt in der Litzenträgerstruktur 5 angeordnet, derart, dass die Leitplatten 7 bündig mit einer der Kühlplattenstruktur 6 zugewandten Unterseite 22 der Litzenträgerstruktur 5 abschließen.

In den Beispielen der Figuren 1 bis 3, 6 bis 9 und 15 sind die Leitplatten 7 vollständig versenkt in der Kühlplattenstruktur 6 angeordnet, derart, dass die Leitplatten 7 bündig mit einer der Litzenträgerstruktur 5 zugewandten Oberseite 23 der Kühlplattenstruktur 6 abschließen.

In den Beispielen der Figuren 13 und 14 sind die Leitplatten 7 nur teilweise in der Litzenträgerstruktur 5 versenkt angeordnet und stehen mit der eben ausgestalteten Oberseite 23 der Kühlplattenstruktur 6 in Kontakt.

In den Beispielen der Figuren 4 und 5 ist dagegen vorgesehen, dass die Leitplatten 7 nur teilweise in der Kühlplattenstruktur 6 versenkt angeordnet sind und mit der eben ausgestalteten Unterseite 16 der Distanzplatte 14 in Kontakt stehen. Bei einer anderen, hier nicht gezeigten Ausführungsform können die Leitplatten 7 mit einer eben ausgestalteten Unterseite 22 der Litzenträgerstruktur 5 in Kontakt stehen, beispielsweise bei fehlender Distanzplatte 14.

Bei allen hier gezeigten Ausführungsformen ist die Induktionsladeeinrichtung 1 mit einer Bodenplatte 24 ausgestattet, die z.B. aus Metall bestehen kann. Diese Bodenplatte 24 befindet sich bezüglich der Höhenrichtung Z unterhalb der Kühlplattenstruktur 6 und erstreckt sich senkrecht zur Höhenrichtung Z. Die Bodenplatte 24 dient beispielsweise zum Abstellen der Induktionsladeeinrichtung 1 auf einem Untergrund am bzw. im jeweiligen Fahrzeugstellplatz. Zweckmäßig kann nun die Kühlplattenstruktur 6 über mehrere Stützstrukturen 25 in der Höhenrichtung Z an der Bodenplatte 24 abgestützt sein. Die Stützstrukturen 25 können da- bei Kräfte in der Höhenrichtung Z von der Kühlplattenstruktur 6 auf die Bodenplatte 4 übertragen, die beispielsweise beim Überfahren der Induktionsladeeinrichtung 1 auftreten können. Darüber hinaus ist denkbar, die Stützstrukturen 25 wärmeleitend zu konfigurieren, sodass zusätzlich Wärme auf die Bodenplatte 24 übertragen und von dieser abgeführt werden kann. Hierzu können die Stützstrukturen 25 aus Metall oder aus einem wärmeleitenden Kunststoff hergestellt sein.

Gemäß den Figuren 1 bis 5 und 8 bis 15 kann es zweckmäßig sein, die Stützstrukturen 25 jeweils im Bereich einer der Leitplatten 7, vorzugsweise zentral dazu, anzuordnen. Zweckmäßig ist dann jeder Leitplatte 7 genau eine solche Stützstruktur 25 zugeordnet, die mittig bezüglich der jeweiligen Leitplatte 7 positioniert ist. Hierdurch ergibt sich eine besonders effiziente Kraftübertragung. Die Figuren 6 und 7 zeigen alternative Ausführungsformen, bei denen die Stützstrukturen 25 bezüglich der Leitplatten 7 randseitig angeordnet sind.

Für eine hohe Festigkeit und/oder hohe Wärmeleitfähigkeit können die Stützstrukturen 25 bezüglich der Kühlplattenstruktur 6 und bezüglich der Bodenplatte 24 separat Bauteile repräsentieren, z.B. aus Metall, wie dies bei den Beispielen der Figuren 1 bis 3 und 8 bis 14 der Fall ist. Eine preiswerte Realisierbarkeit lässt sich dagegen erreichen, wenn die jeweilige Stützstruktur 25 gemäß den Beispielen der Figuren 4 bis 7 und 15 integral an der Kühlplattenstruktur 6 ausgeformt ist. Besonders zweckmäßig ist dabei eine in den Figuren 5, 7 und 15 gezeigte Variante, bei der die Kühlplattenstruktur 6 zweiteilig konfiguriert ist. In diesem Fall sind die Stützstrukturen 25 integral am Plattenunterteil 20 ausgeformt.

Bei allen gezeigten Ausführungsformen ist in der Induktionsladeeinrichtung 1 in der Höhenrichtung Z zwischen der Kühlplattenstruktur 6 und der Bodenplatte 24 ein Innenraum 26 ausgebildet, der zur Unterbringung weiterer Komponenten der Induktionsladeeinrichtung 1 genutzt werden kann. Rein exemplarisch ist hierzu in Figur 14 ein im Innenraum 26 angeordneter Feuchtigkeitsabsorber 27 angedeutet, der ein Feuchtigkeit absorbierendes Material aufweist. Die Induktionsladeeinrichtung 1 weist an sich ein hier nicht gezeigtes, dicht verschlossenes Gehäuse auf, sodass von außen keine Feuchtigkeit in die Induktionsladeeinrichtung 1 eindringen kann. Für die Herstellung der Kühlkanalstruktur 6 können, z.B. im Hinblick auf die gewünschte hohe Wärmeleitfähigkeit, Kunststoff zum Einsatz kommen, die für das verwendete Kühlmittel eine gewisse Diffusionsfähigkeit besitzen, sodass vergleichsweise geringe Mengen an Kühlmittel in den Innenraum 26 gelangen können. Um dort nachteilige Effekte, wie z.B. Korrosion, für weitere Komponenten, insbesondere von elektrischen oder elektronischen Komponenten, der Induktionsladeeinrichtung 1 reduzieren zu können, absorbiert der Feuchtigkeitsabsorber 27 diese Feuchtigkeit. Zweckmäßig ist der Feuchtigkeitsabsorber 27 dabei so dimensioniert, dass er die über die erwartete Lebensdauer der Induktionsladeeinrichtung 1 erwartete Menge an Feuchtigkeit aufnehmen kann. Insoweit ist die Induktionsladeeinrichtung 1 diesbezüglich wartungsfrei.

Gemäß Fig. 14 kann bei einer besonderen Ausführungsform vorgesehen sein, dass die Leitplatten 7 jeweils eine Wärmeleithülle 28 aufweisen. Zusätzlich oder alternativ können die Litzen 4 jeweils eines Wärmeleithülle 29 aufweisen. Die jeweilige Wärmeleithülle 28, 29 ist in Fig. 14 mit unterbrochener Linie angedeutet. Diese Wärmeleithüllen 28, 29 sind nicht auf die in Fig. 14 gezeigte Ausführungsform beschränkt, sondern können auch bei den in den anderen Figuren gezeigten Ausführungsformen an den Leitplatten 7 und/oder an den Litzen 4 zum Einsatz kommen. Die Wärmeleithüllen 28, 29 sind vorzugsweise ein thermisches Interfacematerial, also ein TIM und können z.B. aus einem Wärmeleitmaterial bestehen, das einen Wärmeleitkoeffizienten besitzt, der größer ist als derjenige des Kunststoffs, in den die Leitplatten 7 bzw. die Litzen 4 eingebettet sind, also als der Kunststoff der Kühlplattenstruktur 6 bzw. der Litzenträgerstruktur 5. Ebenso können die Wärmeleithüllen 28, 29 als TIM durch wärmeleitende Füllstoffe oder Klebstoffe gebildet sein, die Spalte, Lücken und dergleichen ausgleichen bzw. ausfül- len, die sich zwischen den Leitplatten 7 und der Kühlplattenstruktur 6 bzw. zwischen den Litzen 4 und der Litzenträgerstruktur 7 ausbilden können. Zusätzlich o- der alternativ können die Wärmeleithüllen 28, 29 durch eine die Oberflächenbehandlung der Leitplatten 7 bzw. der Litzen 4 gebildet sein, die zu einer verbesserten Wärmeübertragung führt. Beispielsweise eine Reduzierung der Oberflächenrauhigkeiten. Insbesondere kann eine solche Oberflächenbehandlung in Verbindung mit einem TIM zum Einsatz kommen, um die Wärmeübertragung zu verbessern.