Induktives Ladesystem

Elektrofahrzeuge in einer Stunde laden

03.07.13 | Redakteur: Kristin Rinortner

Bild 1: Ladespule
Bild 1: Ladespule (Bild: Fraunhofer ISE)

Es geht auch ohne Kabel. Am Fraunhofer ISE haben Wissenschafter einen Prototyp für das induktive Laden von Elektrofahrzeugen entwickelt, der einen Gesamtwirkungsgrad von 95% haben soll.

Das Konzept des induktiven Ladens ist nicht neu, es wird z.B. in Bussen oder Gabelstaplern bereits seit Jahren eingesetzt. Wissenschaftler des Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme ISE in Freiburg haben jetzt für Elektrofahrzeuge den Prototypen eines derartiges Systems vorgestellt, der das Laden des Akkus in einer Stunde ermöglichen soll.

Bild 1: Ladespule
Bild 1: Ladespule (Bild: Fraunhofer ISE)

Die Energieübertragung an die Fahrzeugbatterie erfolgt dabei berührungslos über ein Magnetfeld zwischen zwei Spulen. Die stationäre Spule wird in die Straße oder den Parkplatz eingelassen, während die zweite, mobile Spule in den Fahrzeugboden integriert ist.

Eine Kabelverbindung zwischen Ladestelle und Elektrofahrzeug ist bei diesem System nicht mehr notwendig. Die ersten Prototypen des Ladesystems erzielten laut ISE einen Wirkungsgrad für die induktive Übertragungsstrecke von 97,4% bei einem Spulenabstand von 13 cm. Die übertragbare Leistung beträgt bis zu 22 kW.

Alle für die kontaktlose Energieübertragung notwendigen leistungselektronischen Wandler, das Spulensystem sowie die Regelungstechnik wurden im Rahmen des Fraunhofer-Verbundprojekts »Gemeinschaftlich-e-Mobilität: Fahrzeuge, Daten und Infrastruktur (GeMo)« am Fraunhofer ISE entwickelt und aufgebaut.

Zu diesen Konstruktionen zählt auch ein Resonanzwandler, der mit Hilfe des Resonanzkreises und der stationären Spule ein Magnetfeld erzeugt, welches die Leistung an die mobile Spule im Elektrofahrzeug überträgt. Ein weiterer Wandler formt den Wechselstrom der Spulen wieder in Gleichstrom um und lädt damit die Batterie. Bei allen Arbeiten stand die Optimierung der gesamten Wirkungskette des induktiven Ladevorganges im Mittelpunkt.

SiC-Leistungsschalter steigern die Effizienz

Durch den Einsatz neuer Halbleiterbauelemente aus Siliziumkarbid (SiC) konnte die Effizienz der verschiedenen Leistungswandler im gesamten Ladesystem erheblich gesteigert werden. Die geringen Schaltverluste der SiC-Transistoren erlauben eine Taktfrequenz von 100 kHz, wodurch der mechanische Aufbau sehr kompakt und deutlich leichter wird als bei konventionellen Geräten.

Weitere Verluste konnten durch die Optimierung der Spulen und des Resonanzkreises minimiert werden. Durch Kompensation mit speziellen Kondensatoren auf stationärer wie mobiler Seite wurde der Blindleistungsbedarf der Spulen und ihres Streufeldes kompensiert. Auch zwischen der Leistungselektronik und den Spulen muss keine Blindleistung ausgetauscht werden.

Bild 2: Resonanzwandler
Bild 2: Resonanzwandler (Bild: Fraunhofer ISE)

Zur Komplettierung des Ladesystems entwickelten die Forscher auch einen bidirektionalen Wechselrichter zur Anbindung des stationären Teilsystems an das Netz sowie einen bidirektionalen Wandler, der das mobile Teilsystem an die Batterie koppelt.

Das Ladesystem arbeitet somit durchgehend bidirektional und kann sowohl Strom aus dem Netz ins Fahrzeug übertragen, als auch den zwischengespeicherten Strom aus der Fahrzeugbatterie ins Netz zurückspeisen.

Für dieses Gesamtsystem geben die Forscher einen Wirkungsgrad von bis zu 95% an. Die maximal übertragbare Leistung bei den Prototypen liegt bei 22 kW. Damit ist es möglich, eine übliche Elektrofahrzeugbatterie in weniger als einer Stunde auf 80% ihrer Nennkapazität zu laden. »Das kabellose Laden von Elektrofahrzeugen erhöht nicht nur den Komfort für den Nutzer, sondern ermöglicht auch eine effiziente und vom Nutzer unabhängige Verbindung des Fahrzeugs mit dem Stromnetz«, erklärt Stefan Reichert, Teamleiter »Netzintegration und Elektromobilität« am Fraunhofer ISE. //

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@Metallgegenstände Hier gibt es eine gewisse Schwierigkeit. Bei einer Leistung von 22kW ist die...  lesen
posted am 05.07.2013 um 10:43 von Unregistriert

Ich bin mir jetzt nicht sicher was mit einem Herzinfarktträger gemeint ist, aber die...  lesen
posted am 05.07.2013 um 10:42 von Unregistriert

nächste frage was passiert mit einem metallgegenstand zwischen fahrzeug und boden? schaltet sich...  lesen
posted am 04.07.2013 um 14:38 von Unregistriert

Hoffentlich reichen die Leitungsquerschnitte überall in den Wohnsiedlugen aus, wenn alle ihre...  lesen
posted am 04.07.2013 um 10:18 von Martin28

Wie stark ist bei einem solchen System die Abstrahlung nach außen? Das könnte für...  lesen
posted am 04.07.2013 um 09:49 von Unregistriert


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