STRUKTURSTUDIE - page 37

CHARAKTERISTISCHE EIGENSCHAFTEN
Die Spulen müssen ideal aufeinander abgestimmt und möglichst
deckungsgleich und nah aneinander positioniert werden, um hohe
Wirkungsgrade zu erreichen und Streufelder in die Umgebung zu
minimieren. Für Systeme unterhalb des Fahrzeugs liegt der Spu-
lenabstand in einer Größenordnung von 10 bis 20 cm (PKW), für
höher liegende Fahrzeuge (Bus, LKW) wird teilweise mit mecha-
nisch absenkbaren Sekundärspulen gearbeitet. Für die deckungs-
gleiche Positionierung der Spulen werden Parkassistenten ent-
wickelt, zukünftig ist sogar eine vollautomatische Positionierung
denkbar. Erprobt werden beispielsweise Positionsbestimmungen
mit Kameras, auf Basis des Felds aus der Leistungsspule oder mit-
hilfe von GPS und WLAN. Versatztoleranzen zwischen den Spulen
liegen heute im Bereich von 10 cm, was auch durch etwas größere
Primärspulen im Vergleich zur Fahrzeugseite ermöglicht werden
kann. Von mechanischen Positionierungssystemen der Primär-
spulen wird aufgrund des erforderlichen Wartungsaufwandes
eher abgesehen. Heutige Systeme erreichen Wirkungsgrade für
die Übertragungsstrecke und Leistungselektronik von uber 90 %
und liegen somit nahe der Wirkungsgrade konduktiver Systeme,
welche im Bereich von 95 % liegen [Fraunhofer ISI (2010)].
Aktuelle Normungsbestrebungen zielen auf ein einheitliches Fre-
quenzband um 85 kHz bzw. alternativ 140 kHz ab. Tendenziell wer-
den 85 kHz festgelegt. Hohe Übertragungsfrequenzen ermöglichen
kleinere und leichtere Bauteile bzw. minimieren die Feldstärken
bei gleicher Spulengröße. Sie stellen dagegen aber auch höhere
Anforderungen an die Leistungselektronik und können zu Störun-
gen anderer elektronischer Komponenten führen.
KOMMUNIKATION UND LADESTEUERUNG
Zusätzlich zur Leistungsübertragung ist für die Ladesteuerung eine
drahtlose Kommunikationsmöglichkeit erforderlich. Diese kann
beispielsweise über zusätzliche Kommunikationsspulen, RFID-
Technologien oder über separate Funkübertragungsschnittstellen
(z.B. WLAN) erfolgen. Wichtig ist hierbei, dass ein Fahrzeug dem
jeweils richtigen Parkplatz zugeordnet wird.
SICHERHEIT
In Bezug auf die Sicherheit gibt es drei Schwerpunkte, mit denen
sich Hersteller und Normungsorganisationen auseinandersetzen
müssen:
•• Was passiert, wenn Personen oder Tiere sich zwischen den
Spulen aufhalten?
•• Was passiert, wenn sich metallische Gegenstände zwischen
den Spulen befinden?
•• Wie wirken sich Streustrahlungen auf Personen und elek-
tronische Geräte in der Umgebung aus, z.B. auf Herzschritt-
macher?
Die Relevanz dieser Fragestellungen hängt im Wesentlichen von
den elektromagnetischen Feldstärken zwischen den Spulen und im
Umfeld ab, die neben der Frequenz und der zu übertragenden Leis-
tung von den Spulenflächen, dem Spulenabstand, dem Versatz und
dem individuellen Design der Spulen (Form, Materialien, Abschir-
mungen) abhängen. In der Erprobung befindliche Systeme werden
laut Herstellern so konstruiert, dass keine Beeinträchtigungen der
Gesundheit bestehen, selbst wenn sich Lebewesen direkt zwischen
den Spulen aufhalten. Die Streuemissionen sind allein schon physi-
kalisch bedingt bei den verwendeten Frequenzen relativ niedrig und
beschränken sich imWesentlichen auf das nahe Umfeld der Spulen
[Leuthold (2014)]. Diese werden deshalb in der Regel fahrzeugmittig
am Unterboden installiert und sind somit im Normalfall für Perso-
nen unzugänglich. Allgemeine Richtlinien bezüglich elektromagne-
tischer Felder werden im Umfeld eingehalten (z.B. ICNIRP). Metal-
lische Gegenstände werden sich durch induzierte Wirbelströme im
Strahlengang in der Regel nur leicht erwärmen. Problematisch sind
dagegen vor allem metallisch beschichtete Papiere (z.B. Kaugum-
miverpackung), die sich ggf. entzünden können [Fraunhofer IISB
(2014)]. Zur Sicherheit werden für seriennahe Systeme technische
Lösungen zur Fremdobjekt-, Lebewesen- und Temperaturerkennung
entwickelt, sodass im Problemfall der Energiefluss unterbrochen
werden kann [JustPark (2013)].
NORMEN UND STANDARDS
Einheitliche, internationale Normen werden angestrebt, um die si-
cherheitsrelevanten Fragestellungen zu adressieren und um eine
Interoperabilität verschiedener Systeme zu gewährleisten.
Für induktive Ladesysteme im niedrigen Leistungsbereich bis 3,6 kW
gibt es seit 2011 die Anwendungsregel VDE-AR-E 2122-4-2. Sie
definiert technische Anforderungen und Mindestanforderungen
in Bezug auf Sicherheit und elektromagnetische Verträglichkeit
(EMV). Die auftretenden Feldstärken sind demnach so niedrig zu
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