Pro & Contra

Induktives Laden mit beweglichen Elementen

1. April 2016, 13:55 Uhr |

Fortsetzung des Artikels von Teil 1

Was gegen induktives Laden mit beweglichen Elementen spricht

Thomas Nindl, Qualcomm
Thomas Nindl, Director Business Devolopment, Qualcomm Halo: “Eine mit mechanischen Hebeelementen ausgestattete Primärspule ist schwerer und störanfälliger.”
© Qualcomm Halo

CONTRA von Thomas Nindl, Qualcomm Halo: Die Induktivladetechnik hat die Vorentwicklungsphase hinter sich gelassen und befindet sich in Anwendungen wie z.B. beim Materialtransport in Fertigungsstraßen im Dauereinsatz. Sie wird von nahezu allen Fahrzeugherstellern in den kommenden Jahren im Zubehörkatalog gelistet sein oder gar als Standard-Ladeeinrichtung zum Einsatz kommen. Es existieren bereits verschiedene Lösungen auf dem jungen Markt für Induktivladetechnik, aber nur eine wird sich in den Standardisierungsgremien durchsetzen und somit für eine Massenverbreitung sorgen.

Bereits in den späten 90er Jahren hat sich die Universität of Auckland mit seinem Ableger Auckland UniServices mit dem Thema induktive Leistungsübertragung beschäftigt. Die Alltagstauglichkeit wurde mit einem 30-kW-System für einen Omnibus in Rotorua, NZ eindrucksvoll demonstriert. Dabei wurde zum Überwinden des großen Luftspalts die Bodenspule beim Laden angehoben.

In einem weiteren Projekt wurden Anfang 2002 zusammen mit der Firma Conductix Wampfler Nahverkehrsbusse der Städte Genua und Turin mit einem 60-kW-Ladesystem und einer Hebeeinrichtung für die Sekundärspule (busseitig) eingebaut. Das Ziel war hier, jegliche Stolperfallen auf der Fahrbahn auszuschließen und den beweglichen Teil in den Bus einzubauen. Die Testreihen mit bewegten Spulen lieferten gute Ergebnisse für Nutzfahrzeuge (hier Busse), überzeugten aber die Automobilhersteller nicht, eine Umsetzung für Pkw voranzutreiben.

In den Folgejahren wurden von der Firma HaloIPT, einem Lizenznehmer von Auckland UniServices, Ladesysteme entwickelt, die in einer Lösung mit einer festen Bodenplatte und einer fest eingebauten Sekundärspule - jeweils mit entsprechender Steuerelektronik - mündete. Dabei galt es, Abstände von der Fahrzeugunterseite zur Oberfläche der Primärspule von bis zu 230 mm so einzubeziehen, dass ein Gesamtwirkungsgrad des Systems von mehr als 90 % erreicht wird - ohne bewegte Spulen. Qualcomm hat HaloIPT übernommen und setzt auf die dort entwickelte Technik, da sie klare Vorteile bietet.

So entspricht die Dicke der von HaloIPT entwickelten Bodenplatte lediglich einem Bruchteil derer, die in Italien installiert wurden. Montiert auf dem Beton oder Asphalt, stellt sie keine Stolperfalle oder im Falle eines Versenkens im Boden keine Kostenfalle dar. Im Gegensatz dazu ist eine dickere, mit mechanischen Hebeelementen ausgestattete Primärspule schwer und störanfällig und muss vor Fremdkörpereintritt geschützt werden. Außerdem sind die mechanischen Strukturen innerhalb der Bodenplatte so auszulegen, dass eine Beschädigung des Innenlebens auszuschließen ist, falls z.B. ein Fahrzeug mit einem Rad auf der Platte zum Stehen kommt bzw. dort Lenkbewegungen ausführt.

Die Induktivladetechnik von Qualcomm Halo kommt ohne bewegliche Teile aus
Die Induktivladetechnik von Qualcomm Halo kommt ohne bewegliche Teile aus.
© Qualcomm

Im privaten, geschützten Bereich, z.B. in einer Einzelgarage zu Hause, ist ein Bewegen der Primärspule zum Laden noch denkbar. Was aber geschieht, wenn auf halböffentlichem (z.B. Firmenparkplatz) oder öffentlichen Raum (Supermarkt-Stellplatz) induktiv geladen werden soll? Bewegte Teile sind in diesen Parksituationen weder von privaten Betreibern noch von Städteplanern gewünscht. Außerdem muss hinterfragt werden, was geschieht, wenn Schmutz, Schnee oder gar Eis auf der Oberfläche der Platte zum Liegen kommen und so ein Anheben zum Risiko wird. Es muss überdies möglich sein, eine Bodenplatte unter dem Asphalt einzubauen, da die zukünftigen Innenstädte oder modernisierte Altstadtgebiete in Zukunft frei von zusätzlicher Stadtmöblierung sein sollen. Hier eignet sich hervorragend eine fest installierte Bodenplatte, entweder eingefräst in den Boden oder gar unter der Fahrbahn platziert. Die zugehörige Kontrollelektronik lässt sich beispielsweise unter dem Gehsteig einbauen. Diese Lösung leistet einen Beitrag zur klaren und sauberen Straßen- und Stadt-Ästhetik.

Bei beiden Lösungsansätzen muss als Minimalanforderung eine Fremdkörper-Erkennung (Foreign Object Detection, FOD) integriert werden. Entgegen der Meinung Einzelner, dass die FOD-Technik bei der bewegten Bodenspule entfallen könne, ist die Forderung zur Inte­gration einer solchen Technik aus Sicherheitsgründen gerechtfertigt. Falls ein metallischer Gegenstand, der sich im Magnetfeld nachteilig erhitzen könnte, auf der Primärspule zum Liegen kommt, dann ist es in diesem Fall ohne Belang, ob die Platte bewegt oder unbewegt am Boden liegt. Der Fremdkörper muss erkannt, der Ladevorgang darf nicht gestartet oder er muss gar unterbrochen werden.

Eine weitere Sicherheitseinrichtung, das Erkennen von bewegten lebenden Objekten (Living Object Protection, LOP), sollte ebenfalls für beide Varianten ein Muss sein. So kann es trotz elektronischer Positionierungshilfe passieren, dass das Fahrzeug nicht mittig über der Bodenplatte geparkt wird. Eine solche "Fehlstellung" von Primär- zur Sekundärspule kann erhöhte magnetische Streufelder zur Folge haben, welche die entsprechenden Grenzwerte übersteigen. Somit müssen Menschen und Tiere, falls sie in diesen Bereich eindringen, geschützt werden, indem das System automatisch abschaltet.

Die Fahrzeughersteller fordern unterschiedliche Ladeleistungen (3,7 kW, 7,4 kW, 11 kW und 22 kW), die möglichst von einer Bodenspule geliefert werden sollen. Mit einer im Detail ausgearbeiteten Leistungselektronik und einer entsprechenden Spulengeometrie ist die fest installierte Bodenplatte dafür bestens geeignet. Eine Bodenplatte soll schließlich interoperabel mit unterschiedlichen Fahrzeugspulen, allen Leistungsbereichen und Bodenabständen funktionieren.

Auch die Kosten des Gesamtsystems sind in Betracht zu ziehen. Die Primärseite, also die Infrastruktur für Induktivladesysteme, sollte wartungsfrei und für eine Lebensdauer von bis zu 20 Jahren konzipiert sein. Nichtbewegliche Teile, die eine hohe Lebensdauer aufweisen und zudem günstig eingebaut sowie ohne Wartungsaufwand betrieben werden, besitzen hier einen deutlichen Kostenvorteil. Überdies haben frühere Tests und Messungen mit bewegten Spulen, die für einen geringen Luftspalt zwischen den beiden Platten sorgen, ergeben, dass ein Mehraufwand an thermischer Abschirmung am Fahrzeugboden erforderlich ist, welcher ebenfalls zu zusätzlichen Kosten für das Gesamtsystem Induktivladen führt.

Ein zukunftsweisendes Argument für fest installierte Primärspulen ist die Nachfrage nach semi-dynamischen (z.B. am Taxistand oder an der Ampel) oder dynamischen Ladevorgängen. Hier sind bewegte Bodenplatten ein klares Ausschlusskriterium und damit keine zukunftsweisende Technologie. Die Firma Qualcomm Halo wird deshalb weiterhin in eine kostenoptimierte und zukunftsweisende Induktivladetechnik ohne bewegliche Teile investieren.


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