Induktives Laden – Wireless Power Transfer
Die Elektrifizierung des Automobils erfordert neben der kompletten Neuauslegung des Fahrzeugs auch eine neue, an die veränderten Anforderungen angepasste (Lade-)Infrastruktur. Daher sind kontaktlose, induktive Ladesysteme (WPT – Wireless Power Transfer) ein weiterer Schwerpunkt unserer Forschungen.
Induktive Ladesysteme bieten zahlreiche Vorteile, wie z.B. einen höheren Komfort, Schutz gegen Vandalismus und Wetterfestigkeit. Ferner bietet die einfache Handhabung die Möglichkeit, den Aufladevorgang zu automatisieren sowie die Reichweite elektrisch angetriebener Fahrzeuge zu erhöhen. Gegebene Standzeiten des Fahrzeugs bei alltäglicher Nutzung (innerstädtische Parkplätze, Ampeln, Taxistände etc.) können effizient, ohne besonderen Mehraufwand zur Akkuaufladung genutzt werden. Weiterführend ist es möglich, durch induktive Energieübertragung einen dynamischen Aufladevorgang während einer Fahrt zu realisieren.
Herausforderungen
Die zentralen Herausforderungen bei der kontaktlosen Aufladung eines Elektrofahrzeugs sind die Überwindung des fahrzeugbedingten Luftspalts und die parkbedingte Positionstoleranz. Die daraus resultierende niedrige und positionsabhängige magnetische Kopplung erfordert leistungs-elektronische Maßnahmen, z.B. in Form von kapazitiver Blindleistungskompensation, damit ein möglichst hoher elektrischer Wirkungsgrad erreicht werden kann. Außerdem führt die niedrige Kopplung zu hohen magnetischen Streuflüssen, welche gegebenenfalls ein Sicherheitsrisiko für Personen in Nähe der Ladestation darstellen und umliegende Gegenstände entzünden können (z.B. Büroklammer mit Papier, Jogurt-Deckel).
Ziele
In Abhängigkeit der Anforderungen lassen sich zwei Schwerpunkte in unseren Forschungen ausmachen. Zum einen befassen wir uns mit physikalischen Schaltungssimulationen zur Analyse und Auslegung resonanter Schaltungen. Hierbei soll für unterschiedliche Anforderungen (Leistung, Spulen, Luftspalt etc.) die passende Schaltungstopologie sowie das Kompensationsnetzwerk definiert und parametriert werden, sodass alle Betriebsanforderungen (Strom- und Spannungsgrenzen, Wirkungsgrad) eingehalten werden.
Zum anderen wird die Verbesserung der magnetischen Kopplung bzw. der Spulensysteme in Simulationen mit der Finite-Elemente-Methode analysiert. Hierbei liegt der Fokus auf dem Entwurf von Spulengeometrien, die einen interoperablen Betrieb ermöglichen sowie gewisse Toleranzen bei der Anordnung der Spulen zueinander erlauben.