E-WALD Forschungsgruppe präsentiert Weltneuheit

27.10.2016 |

„IN-DEG“, das weltweit erste straßenverkehrszugelassene, berührungsfreie, kabellose Schnellladesystem für Elektro-PKW

Lädt man ein Elektrofahrzeug auf, geht dies nicht ohne Kabel und die jeweils passenden Steckersysteme. 2015 wurden erstmals kabelfreie Ladesysteme für Elektrofahrzeuge vorgestellt, die ein Fahrzeug mit 3,6 kW aufladen können. Je nach Fahrzeugtyp bedeutet dies aber eine Ladedauer von sechs Stunden. Lädt man das Fahrzeug im öffentlichen Raum, können Regen und Schnee genauso dazu kommen wie eisiger Wind. Der Ladevorgang gestaltet sich somit sehr unkomfortabel. Eine erheblich nutzerfreundlichere Umsetzung kann jetzt die E-WALD Forschungsgruppe der Technischen Hochschule Deggendorf (THD) präsentieren.

Im E-WALD Teilprojekt ILS (Induktives Ladesystem) wurde seit Anfang 2015, zusammen mit den Entwicklern der INTIS GmbH, das weltweit erste straßen-verkehrszugelassene, berührungsfreie, kabellose Schnellladesystem für Elektrofahrzeuge aus dem PKW Segment (IN-DEG) entwickelt und erprobt.
„Die Zukunft des Ladens von E-Fahrzeugen ist kabelfrei und berührungslos“, erklärt Prof. Dr. Andreas Grzemba, technischer Gesamtleiter des E-WALD For-schungsprojekts. „Mit der Einführung des autonomen Fahrzeugs, ist dies gleichzeitig eine wesentliche Anforderung an die intelligente Fahrzeugtechnik der Zukunft. Steckersysteme werden dann keine Alternative beim Ladevorgang mehr sein, das kabellose berührungsfreie Laden löst das kabelgebundene Laden ab, wir arbeiten bereits heute an Lösungen“, so Prof. Grzemba.

Im Gegensatz zu kabelgebundenen Entwicklungen zielt IN-DEG 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. Mit IN-DEG geht nicht nur das Starten des Ladevorganges bei schlechtem Wetter deutlich komfortabler vonstatten. Auch die bisherige Ladezeit von sechs Stunden kann auf unter eine halbe Stunde verkürzt werden. Bei entsprechend ausgerüsteten Elektrofahrzeugen können unterschiedliche Fahrzeuge am gleichen berührungslosen Schnellladestandort aufgeladen werden. Dies gilt für alle zukünftig so ausgerüsteten Fahrzeuge. Kein Aussteigen bei schlechtem Wetter, kein lästiges anstecken des Steckers mehr. - Das Fahrzeug wird mit Hilfe des integrierten Positioniersystems über eine sogenannte Ladeplatte gefahren. Der Ladevorgang startet nach entsprechender Identifizierung automatisch und die Batterie des Elektrofahrzeugs wird in weniger als 30 Minuten zu 80 % geladen.

Zur Energieübertragung dienen zwei Spulen: Die am Boden angebrachte Pri-märspule 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 zur Ladung der Antriebsbatterie Gleichstrom aus. Die optimale Energieübertragung ist sichergestellt, wenn die beiden Ladeplatten optimal – sprich genau 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 dem 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 Fahrzeugs 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. Die kabelgebundene Ladung ist weiterhin möglich. 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 Industriepartner INTIS, Integrated Infrastructure Solutions GmbH, über-nahm im Projekt die Konstruktion, die Auslegung und Integration der Spulen in die Fahrzeuge. Hier konnte auf langjährige Erfahrungen im Bereich der Entwicklung von induktiven Ladesystemen für die Magnetbahn Transrapid zurückgegriffen werden.

Im Rahmen des Projektes wurden zwei unterschiedliche Fahrzeuge für das induktive Laden umgerüstet. Um vergleichende Untersuchungen zu erlauben, handelt es sich um einen Personenkraftwagen vom Typ Nissan LEAF und ein Lieferfahrzeug vom Typ CITROËN Berlingo. Gleichzeitig wurden zwei Ladestandorte mit dem neuen induktiven Schnellladesystem ausgestattet und in Betrieb genommen. Um auch hier die unterschiedlichen Anforderungen genauestens untersuchen zu können, wurde ein kabelfreier Ladestandort in einer Parkhaus- bzw. Tiefgaragen-Situation in Deggendorf, im städtischen Bereich, geschaffen. Der zweite Ladestandort ist im wesentlich höher gelegenen Teisnach im Außenbereich installiert worden. Der nächste Entwicklungsschritt ist die Ausstattung von Fahrzeugen, die den europäischen CCS-Ladestandard unterstützen, mit entsprechenden induktiven Systemen.

Wissenschaftliche Ziele des Projektes widmeten sich vor allem der Sicherheit des Gesamtsystems. So wurden die Streufelder aus dem Unterboden dreidi-mensional 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 an mehreren Standorten in Deutschland installiert wird und somit ein interoperabler Betrieb möglich ist (geplante Standorte sind München, Bad Neustadt a. d. Saale und Lathen).

27. Oktober 2016 | THD-Pressestelle (CM)