IN-DEG - Berührungslose Energieübertragung mit 30 kW Leistung

Beim Verbundprojekt ILS - Induktives Ladesystem handelt es sich um ein Teilprojekt des Forschungsprojekts „E-WALD – Elektromobilität Bayerischer Wald“, welches sich mit der berührungslosen Ladetechnik für Elektrofahrzeuge befasst.

Im Rahmen dieses Projektes wurden zwei unterschiedliche Fahrzeuge für das induktive Laden umgerüstet. Um vergleichende Untersuchungen zu erlauben handelt es sich u, einen Personenkraftwagen vom Typ Nissan LEAF und ein Lieferfahrzeug vom Typ CITROËN Berlingo.

Projektgruppe E-WALD ILS

THD Projektgruppe E-WALD Induktive Schnellladesysteme und Ladetechnikmit Mitarbeitern der INTIS GmbH vor den für das kabelfreie Schnellladen umgebauten Fahrzeugen CITROËN Berlingo und Nissan LEAF

Gleichzeitig wurden zwei Ladestandorte mit einem induktiven Schnellladesystem ausgestattet und in Betrieb genommen. Um wiederum die unterschiedlichen Anforderungen genauestens untersuchen zu können, wurde ein kabelfreier Ladestandort in einer Parkhaus / Tiefgaragen Situation in Deggendorf, im städtischen Bereich geschaffen. Der zweite Ladestandort ist im wesentlich höher gelegenen Teisnach im Außenbereich geschaffen worden.

Im Gegensatz zu kabelgebundenen Entwicklungen zielt diese Lösung darauf ab, den Ladevorgang erheblich zu vereinfachen, die Nutzerfreundlichkeit zu maximieren und gleichzeitig eine Schnellladung des Fahrzeugs sicherzustellen. Bisher übliche Ladesysteme nutzen eine Leistung von 3,6 kW. Im Falle der hier entwickelten Lösung beträgt die übertragene Nennleistung 30 kW. Das System wurde vom Hersteller ursprünglich für 60 kW ausgelegt und entwickelt. Diese Funktionalität kann auch zukünftig für Forschungs- und Entwicklungstätigkeiten genutzt werden. 

Ladesystem ILS Zur Energieübertragung dienen zwei Spulen. Die am Boden angebrachte Primärspule ist witterungsfest in Harz eingegossen, mechanisch überfahrbar und integriert vier Antennen zur Kommunikation mit dem Fahrzeug. Sie erzeugt ein elektromagnetisches Wechselfeld mit einer Frequenz von ca. 30 kHz. Fahrzeugseitig wurde eine ähnlich ausgelegte sog. Sekundärspule angebracht, die als „Empfänger“ dient und die Leistung an einen Gleichrichter weiterleitet. Dieser gibt Gleichstrom zur Ladung der Antriebsbatterie aus.

Energieübertragungskette Kabelfreies Laden

Die technische Auslegung wurde so entwickelt, dass die unterschiedlichen Fahrzeuge mit den verschiedenen Sekundärspulen an allen im Projektgebiet installierten Primärladesystemen (derzeit zwei) laden können. Dies stellt einen wesentlichen Innovationsschritt auf dem Weg zur Interoperabilität des berührungslosen Ladesystems der Zukunft dar. Es muss sichergestellt werden, dass Fahrzeuge, unabhängig vom Fahrzeugtyp alle primärseitigen Ladesysteme im Straßenbereich für das induktive laden nutzen können.

Die große Herausforderung besteht in der Integration dieser Technologie in die jeweiligen Fahrzeuge. Jedes Fahrzeugmodell ist von der Architektur des Kommunikationsnetzwerkes individuell aufgebaut und verfügt über herstellereigene Schnittstellen, die nicht offen gelegt werden. Aus diesem Grund wurde auf die standardisierte Ladeschnittstelle CHAdeMO zurückgegriffen, welche sich weltweit als DC-Schnellladestandard durchgesetzt hat. Dem Fahrzeug wird somit eine kabelgebundene Ladung vorgetäuscht, während der Strom über die im Unterboden integrierte Sekundärspule berührungslos übertragen und zur Hochvoltbatterie geleitet wird. Mit dieser Lösung ist es möglich, weltweit alle Fahrzeuge auszurüsten, die über den CHAdeMO Standard verfügen.

Die kabelgebundene Ladung ist weiterhin sichergestellt. Dazu sind Schaltschütze integriert, mit denen zwischen induktiver und konduktiver Schnellladung umgeschaltet wird. Die Fähigkeit zur „normalen“ / langsamen AC Ladung über das Onboard-Ladegerät bleibt ebenfalls weiterhin bestehen.

Der nächste Entwicklungsschritt ist die Ausstattung von Fahrzeugen, die den europäischen CCS-Ladestandard unterstützen, mit entsprechenden induktiven Systemen.

Der Industriepartner INTIS Integrated Infrastructure Solutions GmbH übernahm die Konstruktion, die Auslegung und Integration der Spulen in die Fahrzeuge. Hier konnte auf langjährige Erfahrungen im Bereich der Entwicklung von induktiven Ladesystemen im Leistungsbereich von 500 kW für die Magnetbahn Transrapid zurückgegriffen werden.

Die optimale Energieübertragung ist sichergestellt, wenn die beiden Ladeplatten – primärseitig am Boden und sekundärseitig am Fahrzeug – optimal – sprich Übereinander – ausgerichtet sind.

Zu diesem Zweck ist im Steuerrechner ein Positioniersystem integriert. Dieses zeigt dem Fahrer visuell die relative Position der Ladeplatte zum Fahrzeug an. Pfeile assistieren den Fahrer beim Einparken und wechseln die Farbe, sobald das Fahrzeug korrekt ausgerichtet ist. Eine akustische Hilfe ist der nächste Entwicklungsschritt des Herstellers. Die Toleranz beträgt  ± 8 cm, wobei eine Verdrehung des Fahrzeuges durchaus erlaubt ist. Da ein Elektroantrieb durchaus sanfter und präziser mit dem Fahrpedal geregelt werden kann, stellt die exakte Positionierung im Zentimeter-Bereich – im Gegensatz zu einem Verbrennungsfahrzeug – kein nennenswertes Problem dar. Mit dem Ausschalten der Zündung startet der Ladevorgang automatisch.

Kabelfreies Schnellladesystem in Deggendorf

Wissenschaftliche Ziele des Projektes widmeten sich vor allem der Sicherheit des Gesamtsystems. So wurden die Streufelder aus dem Unterboden dreidimensional vermessen, um die Einhaltung der zulässigen Grenzwerte in Deutschland zu bestätigen. Ein weiteres Forschungsziel ist eine vergleichende Studie zum herkömmlichen konduktiven Ladevorgang, einschließlich einer Bewertung der Nutzerfreundlichkeit. Am Standort Deggendorf konzentrierten sich die Forschungen auf Feldmessungen, während in Teisnach jahreszeitliche Effekte und Witterungseinflüsse auf den Wirkungsgrad untersucht werden.

Beide Ladestandorte stellen keinesfalls Insellösungen dar, da das System der Firma INTIS an mehreren Standorten in Deutschland installiert wird und ein Interoperabler Betrieb möglich ist (geplante Standorte  sind München, Bad Neustadt a. d. Saale und Lathen).

Die Projektlaufzeit von E-WALD ILS wurde am 31. Dezember 2016 beendet.

MDR - Einfach genial

Das Erfindermagazin "Einfach genial" des MDR besucht die Technisch Hochschule Deggendorf und schaut sich im verschneiten Bayerischen Wald das neu entwickelte IN-DEG System zum kabelfreien und berührungslosen Schnellladen von Elektrofahrzeugen an.

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https://www.youtube.com/watch?v=X1cgI7T4aLk

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