Bidirektionales induktives Ladesystem für die Elektromobilität

Projektziel

Das Ziel dieses Projektes war ein induktives Ladesystem zu entwickeln, das die Batterie eines Elektroautos über einen Abstand von rund 15 cm laden sowie auch entladen kann. Dadurch kann das geparkte Auto zusätzlich auch als Heimspeicher verwendet werden.

Ausgangslage und Projektbeschreibung

Die Elektromobilität gewinnt aufgrund des zunehmenden CO₂-Bewusstseins und der niedrigeren Gesamtbetriebskosten für Elektrofahrzeuge stark an Bedeutung. Steigende Marktanteile bei neu verkauften Fahrzeugen unterstreichen den Trend zu nachhaltigeren Transportmitteln. Dennoch sind weitere Verbesserungen erforderlich, um technologische Hindernisse zu überwinden, die derzeit einer breiten Akzeptanz im Wege stehen. Innovative Ladekonzepte können die Akzeptanz zu dieser Technologie steigern und somit den Übergang von der Klassischen- zur Elektromobilität beschleunigen. Einzigartige Vorteile ergeben sich aus der kabellosen Übertragung der Batterieladenergie durch induktive Ladetechnologie. Durch kabelloses Laden wird über den Abstand zwischen einer in die Fahrbahn, Parkplatz oder Garage eingebetteten Sender- und einer am Elektrofahrzeug platzierten Empfängerspule Energie übertragen. Durch diese kabellose Verbindung wird die galvanische Anbindung zwischen der Ladestation und dem Fahrzeug vermieden. Dies vereinfacht den Ladevorgang und minimiert Sicherheitsbedenken bezüglich des Umgangs mit elektrischen Kabeln und Steckern. Zusätzlich kann ein solches System verwendet werden, um die Batterie des Elektroautos auch als Heimspeicher zu verwenden. Dazu muss ein bidirektionaler Energiefluss zwischen Netz und Batterie möglich sein. Solch ein System ist auf dem Markt derzeit noch nicht verfügbar und bringt dem Autobesitzer enorme Vorteile hinsichtlich Energieeinsparungen, Energieoptimierung sowie Benutzerfreundlichkeit.

In diesem Projekt wird ein solches Ladesystem mit einer Leistung von 4 kW entwickelt. Dieses Ladesystem kann verwendet werden um eine Batterie mit 400 V zu laden bzw. auch mit derselben Leistung zu entladen. Die neuartige Kopplergeometrie, die in diesem Projekt entwickelt wurde, erlaubt beim Parken einen Versatz der beiden Spulen von bis zu 20 cm.

Ergebnisse

Die Resultate dieser Arbeit sind sehr überzeugend. Ein aufgebauter Prototyp bestätigt die aus der Forschungsarbeit generierten Lösungsansätze, die Funktion sowie die Leistungsfähigkeit, die aus mathematischen Analysen, 3D-FEM-Simulationen sowie komplexen Schaltungssimulationen gewonnen werden konnten. Folgende Ergebnisse konnten aus dieser Arbeit erzielt werden:

• Ein 4 kW bidirektionales induktives Ladesystem wurde aufgebaut und vollständig nach den vorgegebenen Parametern getestet.
• Durch eine neuartige Kopplergeometrie ist dieses Ladesystem weniger sensibel auf den Parkversatz und erreicht gleichzeitig auch eine höhere Gesamteffizienz.
• Wirkungsgrade von bis zu 96 % für das Laden sowie das Entladen der Batterie konnten erreicht werden.
• Durch ein spezielles Regelungskonzept kann der Wirkungsgrad für den Teillastbereich optimiert werden.
• Das realisierte induktive Ladesystem erreicht eine ähnliche Effizienz zu handelsüblichen konduktiven Ladesystemen.