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BUW.OUTPUT Nr. 8 FOrschungsmagazin der Bergischen UniversitätWuppertal / Wintersemester 2012/2013 26
(U = 230 V,
f = 50 Hz) in eine hoch-
frequente Wechselspannung im niedrigen
dreistelligen kHz-Bereich um. Die mit dieser Span-
nung gespeiste stationäre Ladeplatte erzeugt somit ein
hochfrequentes elektromagnetisches Wechselfeld. Die
Platte besteht aus einer flachen Kupferspule mit meh-
reren Windungen, die in eine stabile Abdeckplatte,
z. B. aus glasfaserverstärktem Kunststoff (GFK) einge-
lassen ist. Diese Baugruppe wird passgenau über einer
Aluminiumplatte angebracht, welche mit einer flachen
weichmagnetischen Ferritschicht versehen ist. Der
Aufbau der mobilen Ladeplatte ist prinzipiell gleich.
Ein Unterschied kann lediglich in den äußeren Abmes-
sungen, der Windungszahl und eventuell der Spulen-
verteilung bestehen.
Die Abmessungen der ersten Prototypen sind durch
die in der entsprechenden VDE-Anwendungsregel
(VDE-AR-E-2122-4-2) vorgegebenen Sicherheits-
grenzwerte für das elektromagnetische Feld sehr groß.
So kann zum Beispiel die Grundfläche der stationären
Ladeplatte bis zu A ≈ 1m2 betragen. Diese Größe und
insbesondere auch das entsprechende Gewicht stel-
len eine große Hürde bei der Markteinführung dieses
Systems dar. Ein Beispiel für eine stationäre und eine
mobilseitige Ladeplatte sind in Abbildung 1 zu sehen.
Abbildung 2 zeigt ein über einer oberirdisch aufge-
bauten stationären Ladeplatte parkendes Fahrzeug.
Neben möglichst geringen Kosten und einem hohen
Wirkungsgrad sind eine hohe Leistungsdichte bei
gleichzeiti-
ger Einhaltung der
Feldgrenzwerte weitere Auslegungs-
kriterien für diese induktiven Komponenten des be-
rührungslosen Ladesystems. Das hochfrequente elek-
tromagnetische Feld der stationären Ladeplatte ist mit
den Windungen der mobilseitigen Ladeplatte verket-
tet. Das Übertragungsverhalten entspricht dem eines
handelsüblichen Transformators und kann ebenso
durch ein T-Ersatzschaltbild technisch beschrieben
werden. Um eine ausreichende Wirkleistung auf das
Fahrzeug zu übertragen, ist die Kompensierung der
Systemreaktanzen erforderlich, die aufgrund der hö-
heren Betriebsfrequenz recht groß sind. Aus diesem
Grund ist die Primärwicklung mit Kondensatoren
verbunden. Diese können in Reihe oder parallel an-
geschlossen werden. Eine ähnliche Kompensation
befindet sich an der fahrzeugseitigen Wicklung. Der
durch die in der Sekundärwicklung induzierte Span-
nung erregte hochfrequente Strom wird schließlich
über einen Gleichrichter mit dem bordeigenen Batte-
rieladegerät verbunden. Die Nennleistung bisheriger
Systeme beträgt PN = 3,3 kW. Diese Leistung soll über
einen Luftspalt von bis zu 210 mm übertragen werden
können.
Eine große Herausforderung bei der Entwicklung
dieser Systeme ist die Auslegung und Fertigung eines
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Kabellos aufladen – Induktive Ladestationen für Elektrofahrzeuge
Abb.1: Stationäre (unten) Ladeplatte
und mobile (oben) Ladeplatte des in-
duktiven Ladesystems für Ekfz der Paul
Vahle GmbH & Co. KG, Kamen.
Fig. 1: Stationary (below) and mobile
(above) inductive charging plates for
electric vehicles developed by Paul
Vahle GmbH & Co. KG, Kamen.