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Stromversorgung zum Laden von Akkus

Auftrieb für Wireless Charging

26. Juli 2017, 12:38 Uhr | Von Paul Wiener

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Fortsetzung des Artikels von Teil 1

Viele Vorteile sprechen für Wireless Power in der Medizintechnik

Im medizinischen Bereich bietet die kontaktlose Energieübertragung eine Reihe klarer Pluspunkte. In den meisten Krankenhäusern werden in den Gängen Gerätewagen abgestellt und zum Laden der Akkus bisher an eine Steckdose angeschlossen. Eine kontaktlose Energieübertragung wäre dafür wünschenswert, um ohne die verschleißanfälligen Kabel und Steckverbinder auszukommen. Als weiterer Vorteil kommt hinzu, dass ein kontaktloses Energieübertragungssystem im medizinischen Umfeld zum Laden und zur Stromversorgung vieler verschiedener Anwendungen verwendbar wäre. Denn für Computer-, Patientenversorgungs- und Gerätewagen, die in einer Einrichtung fortlaufend bewegt werden, gibt es sinnvollerweise eine Ladestation, an der sie bei Nichtgebrauch abgestellt werden. Nicht zuletzt sind Geräte, die gegen Flüssigkeiten abgedichtet sind, in sterilen medizinischen Umgebungen klar im Vorteil.

Im Kommen sind weitere Anwendungen für hohe Leistungen, wie etwa autonome Fahrzeuge, Roboter, Gabelstapler oder Fördersysteme in Lagern. Sie würden erheblich davon profitieren, wenn es Ladestationen für das Leistungsniveau dieser Applikationen gäbe. Häufig haben Robotersysteme Zielsuchprogramme, mit denen sie ihre Ladestationen aufsuchen können, wenn sie nicht benötigt werden oder geladen werden müssen. Sollen Drohnen künftig in automatischen Liefersystemen eingesetzt werden, müssen sie ihre Ladestationen selbst finden können. Denkbar sind auch Ladestationen, die mehrere Elektrofahrräder zur gleichen Zeit aufladen können.

Auf dem Hausgerätesektor wird davon ausgegangen, dass kleine Geräte zunehmend abgedichtet oder sogar so konstruiert werden, dass sie spülmaschinengeeignet sind. Nachladen nach einer Anwendung würde sich beispielsweise für Dosenöffner, Reiskocher und Teezubereiter anbieten. Bei Akku-Werkzeugen wird davon ausgegangen, dass sich die kontaktlose Energieübertragung zum Laden des Akkus als Standard etabliert.

Viele Anwender legen die Akku-Bohrmaschine nach der Arbeit ohnehin auf einer flachen Oberfläche ab, statt sie mit dem Ladegerät zu verbinden, was bisher meist dazu führte, dass der Akku entladen war, wenn die Bohrmaschine das nächste Mal benutzt werden sollte. Wäre die Ablagefläche dagegen gleichzeitig eine Wireless-Power-Ladestation, so stände die Bohrmaschine beim nächsten Einsatz mit voll geladenem Akku zur Verfügung.

All diese Wünsche, nach allgegenwärtiger kontaktloser Energieübertragung zum Laden von Akkus hoher Leistung und zum Laden mehrerer Geräteakkus auf einmal, haben dazu geführt, dass von den Wireless-Power-Ladestationen immer mehr Leistung verlangt wird. Noch im vergangenen Jahr wurde von den meisten kontaktlosen Energieübertragungs-Anwendungen eine Leistung von höchsten 15 W erwartet. Inzwischen aber werden sogar im Konsumgeräte-Segment Leistungen im hohen zweistelligen Wattbereich gewünscht.

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Standards für die kontaktlose Energieübertragung

Die kontaktlose Energieübertragung setzt, ebenso wie die Datenübertragung per Funk, robuste Standards und Normen voraus, damit die Interoperabilität ebenso gesichert ist, wie eine komfortable Anwendung. Zum Übertragen hoher Leistungen muss der Standard entsprechende Leistungsniveaus unterstützen und eine optimale, effiziente Schaltung ermöglichen.

Aus technischer Sicht sind zwei Standards zu beachten: Der erste ist der früher als Qi bekannte WPC-Standard (Wireless Power Consortium), der sich schwerpunktmäßig mit der induktiven Leistungsübertragung mit kleiner Leistung (≤15 W) und niedrigen Frequenzen (100–300 kHz) befasst. Bei diesem Standard sind die Position und der Abstand zwischen Sender und Empfänger entscheidend für eine einwandfreie Funktion.

Der zweite Standard stammt von der Airfuel Alliance mit den Techniken AirFuel Inductive (vormals Power Matters Alliance, kurz PMA), AirFuel Resonant (vormals A4WP Rezence der Alliance for Wireless Power) und AirFuel Uncoupled.

Für heutige Anwendungen ist die mit 7,68 MHz arbeitende resonante Übertragungstechnik am relevantesten. Sie bietet unter anderem folgende entscheidende Pluspunkte:

Skalierbarkeit von kleiner bis hoher Leistung.
Die Fähigkeit zur Energieübertragung über Distanzen bis zu ca. 10 cm, also beispielsweise durch Tischplatten hindurch. Hierdurch wird es einfacher, den Sender (Ladestation) zu installieren, z.B. unter Tischplatten.