Elektromobilität

Eine Zukunft ohne Kabel und Stecker

13. März 2013, 17:45 Uhr | Von Thomas Nindl

Fortsetzung des Artikels von Teil 1

Konkrete Lösungen für induktives Laden

Die ersten kabellosen Ladesysteme basierten auf elektrischen Leitschienen, auf denen sich eine „Laufkatze“ mit integrierter Spule langsam bewegte. Diese Industrieanwendung arbeitet üblicherweise mit einem Luftspalt von wenigen Millimetern. Ein heutiges Straßenfahrzeug jedoch erfordert eine Lösung, mit welcher über eine Luftstrecke von mindestens der Bodenfreiheit zwischen Unterboden des Autos und der Straßenoberfläche ausreichend Leistung übertragen wird. Die Abstände variieren hier zwischen 100 und 300 mm. Zudem muss das System in der Lage sein, eine Abweichung des Fahrzeugs zur Bodenplatte (Primärspule) mit seitlichem Versatz und nach vorne oder hinten zu tolerieren. Der Fahrzeuglenker hat so eine gewisse Parkfreiheit und muss das Fahrzeug nicht exakt über der Platte parken.

Das hat zu verschiedenen Spulen-Designs geführt: Angefangen von kreisförmig angeordneten Spulen mit Litzen und Ferriten, um die magnetische Leitfähigkeit der Spulen zu verbessern, bis hin zur Qualcomm-Halo-Double-„D”-Quadratur-(DDQ)-Architektur, ursprünglich entwickelt von Mitarbeitern der University of Auckland.

Die übliche Netzspannung mit einer Netzfrequenz von 50 oder 60 Hz wird auf eine Resonanzfrequenz von 40 kHz oder höher umgesetzt, um im Basis-Pad (Primärspule-Bodenplatte, Bild 1) ein magnetisches Wechselfeld zu erzeugen. Die verwendete DDQ-Spulenanordnung erzeugt ein magnetisches Feld und einen magnetischen Fluss, der ein ungenaues Parken über der Platte erlaubt. Diese Bodenplatte lässt sich entweder auf der Straßenoberfläche montieren oder unter dieser verbergen, also mit Asphalt oder Beton bedecken. Sobald sich das Fahrzeug in der Ladezone befindet, erzeugt der magnetische Fluss in der Fahrzeugplatte (Sekundärspule, Bild 2) einen Wirbelstrom. Die übertragene Wechselspannung wird anschließend in Gleichspannung umgesetzt, um die Batterie zu laden. Der Wirkungsgrad erreicht, gemessen von der Steckdose bis zum Batteriegleichspannungseingang, etwa 90 Prozent. Die Ladesysteme mit Übertragungsleistungen von 7 kW und mehr erreichen einen höheren Wirkungsgrad, weil einige Verlustfaktoren auch bei veränderter Übertragungsleistung stabil bleiben.