Wireless Power - Eine Schlüsseltechnologie für das autonome Fahren? - Axel Hoppe Institut für Automation und Kommunikation e.V. Magdeburg E-Mail: ...

Wireless Power – Eine Schlüsseltechnologie für das
 autonome Fahren?

 Axel Hoppe
 Institut für Automation und
 Kommunikation e.V. Magdeburg
 E-Mail: axel.hoppe@ifak.eu

1 AuLoRa - Innovationsforum 03.März 2021 – Nur zur internen Verwendung

Steckbrief des Instituts ifak im Wissenschaftshafen (www.ifak.eu)
 Institut der angewandten Forschung
  Gemeinnütziger Verein ifak e.V. als Rechtsträger, 1991
  Organe: Mitgliederversammlung, Vorstand und ein Kuratorium mit 20
 Persönlichkeiten aus Wissenschaft, Wirtschaft und Politik
  57 Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter (Wissenschaftler und nicht-
 wissenschaftliches Personal)
  4 Geschäftsfelder

  An-Institut der Otto-von-Guericke-Universität
 Magdeburg IKT & Automation Messtechnik & Leistungselektronik
  Drei Unternehmensgründungen
 aus dem Forschungsinstitut
  Mitglied der

 Wasser & Energie Verkehr & Assistenz

2 AuLoRa - Innovationsforum 03.März 2021 – Nur zur internen Verwendung

Unsere Herausforderungen

 • Die Zukunft der Mobilität ist elektrisch …und autonom.
 • Autonome E-Mobilität benötigt automatische Ladelösungen
 • → Wireless Power Transfer (WPT)

 Autonomes Shuttle EZ10, easymile.com

3 AuLoRa - Innovationsforum 03.März 2021 – Nur zur internen Verwendung

Visionen einer Induktiven Ladeinfrastruktur

 dynamisches Laden
 Technical goals
halb-dynamisches Laden
 • Explain how the project intends to overcome technological blocking points
 or extend state-of-the-art

 Parkanlage

 statisches Laden

ipt-technology.com/vision
4 AuLoRa - Innovationsforum 03.März 2021 – Nur zur internen Verwendung

Visionen einer Induktiven Ladeinfrastruktur

 dynamisches Laden
 Technical goals
halb-dynamisches Laden
 • Explain how the project intends to overcome technological blocking points
 or extend state-of-the-art

 Induktives Laden ist eine Schlüsseltechnologie Parkanlage
 für die Elektromobilität :
 • unsichtbare Integration in den öffentlichen
 Raum
 • automatisierte, kosteneffiziente, sichere
 und zuverlässige Energieversorgung statisches Laden
 • effiziente (>90%) Energieübertragung

ipt-technology.com/vision
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Vorteile des kontaktlosen Ladens

 ◼ Automatische Netzverbindung – hoher Komfort
 („Just Park“)
 ◼ Möglichkeit des häufigen „flachen“ Ladens bei Kurzhalt
 ◼ Einbindung der Fahrzeuge als Energiespeicher
 ins Energienetz (Smart Grid)
 ◼ Steuerung der Nutzung erneuerbarer Energien
 Quelle: AutoMotorSport

 ◼ Erhöhte Zuverlässigkeit – keine Kabel und Steckkontakte
 ◼ Hohe Lebensdauer – kein Verschleiß
 ◼ Erhöhte Sicherheit und Ästhetik – keine Säulen und Kabel

 → Enabler für vollständig Lieferfahrzeuge
 autonome Fahrkonzepte
 autonomes Shuttle (EUREF-Campus)

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Ein kurzer Abstecher in die Technologie

 ◼ Grundprinzip ◼ Struktur
 ◼ transformatorische
 Mobile
 Anordnung Wall mounted
 charging unit
 power electronics
 ◼ magnetische
 Kernmaterialien und
 Litzen
 ◼ Energieübertragung Battery

 möglich durch:
 i2
  Durchflutungsgesetz
  Induktionsgesetz source: kiefermedia GmbH
 Communication
 i1  Induzierte Spannung
 Energy transfer
 Receiving coil

 = − ∗ 00
 11
 0

 1
 0
 1
 1
 1 1
 0
  Beeinflussung durch 10
 01
 0
 0
 0
 1
 1
 0
 Frequenz, Fläche 10
 1 1
 0

 und Flussdichte
 Charging pad

7 AuLoRa - Innovationsforum 03.März 2021 – Nur zur internen Verwendung

Was sind die Potenziale und Herausforderungen?
 Zirkular-System

 ◼ Effizienz / Wirkungsgrad
  Ziel: > 90%, auch im interoperablen Betrieb ca. 340 x 340 mm
 ca. 750 x 600 mm
 ◼ Interoperabilität Doppelflach-System

  Voraussetzung für Akzeptanz und Verbreitung
  IEC 61980, ISO 19363, SAE J2954
 ca. 380 x 260 mm

 ◼ Sicherheit und Normung ca. 630 x 690 mm

 Münze (2€) Δt = 4 °C
  Ziel: Einhaltung der Grenzwerte und Vorschriften
  EMVG, EMVU
  Magnetische Felder Münze (5€-Cent) Δt = 4 °C

 → Wirkung auf Lebewesen und Fremdkörper
  Elektrische Sicherheit und Produktnormen Aluminiumdose Δt = 15,1 °C

 ◼ Bidirektionaliät
 Messung des EMF-Streufelds

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Unsere UseCases

 Interoperabilität im
 öffentlichen Raum bei
 3,3 kW Übertragungs-
 leistung

 Quelle: Zollner AG

 Quelle: Zollner AG Quelle: Zollner AG

 Integration und Test einer induktiven Ladeeinrichtung in 11kW –Bidirektionales Laden
 ein autonomes Shuttle (EUREF-Campus)

9 AuLoRa - Innovationsforum 03.März 2021 – Nur zur internen Verwendung

WPT-Ladetechnologie für autonome Fahrzeuge

 Quelle: easymile GmbH Quelle: easymile GmbH

 Flurförderfahrzeuge in der Logistik Bodenfahrzeuge im Flughafenbereich
 Shuttles im Personenverkehr

 Quelle: Wiferion GmbH Quelle: LJU Industrieelektronik GmbH

 Autonome Kleintransporter
 Fahrerlose Transportsysteme und Hängebahnen
 in modernen Logistikkonzepten

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Einbindung in das Energienetz - Bidirektionale Energieübertragung

 ◼ FEEDBAC CAR - Future Electric Energy Distribution by Aggregated Clusters and Cars with
 Automated Response
  bidirektionalen Ladetechnik mit interoperablen Spulenkonfigurationen und effizienten
 leistungselektronischen Topologien
  Lade- und Entladeleistungen von 11 kW bzw. 10 kW bei einer Systemeffizienz von z.T. über 90%,
 Erfüllung der Anforderungen des Automobilbaus (Bauraum, Umgebungsbedingungen,
 Sicherheitsanforderungen…)
  intelligente Lade- und Energieflusssteuerung, geeignete Geschäftsmodelle für die Teilnahme am
 Energiemarkt →Wirtschaftlich positive Effekte insbesondere in Flottenanwendungen - trotz des
 technischen Mehraufwandes gegenüber herkömmlich unidirektionalen Anbindungen

 Quelle: Zollner Quelle: Zollner Quelle: Zollner

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Sicherheit, Normen….

 ◼ Elektromagnetische Verträglichkeit - EMV heißt, dass ALLES IMMER funktioniert!
  EMVG →Technische Auswirkung, EMVU →Physikalisches Phänomen und Physiologische Wirkung
 ◼ Magnetische Felder
  26. BImSchV, EU-Richtlinie 2013 / 35 / EU , DGUV Vorschrift 15, bisher BGV B11, ICNIRP
 Elektrische Sicherheit
 ◼ Produktnormen
 ◼ →Sicherheitstechnische Normen und Regeln sind vorhanden
 ◼ DKE-Arbeitskreis 353.0.1 „Berührungsloses Laden von E-Fahrzeug-Batterien“
  Industriegetriebener Arbeitskreis zur technischen Standardisierung von induktiven Ladesystemen

 ◼
 für EFZ (gegründet 2009)
 VDE /
 VDE/ETG: Fachausschuss Q1.1 „Kontaktlose Energie- und Datenübertragung“
 ETG
  Anwendungsübergreifendes Technologieforum (gegründet 2009, Leitung ifak)

12 AuLoRa - Innovationsforum 03.März 2021 – Nur zur internen Verwendung

Zusammenfassung

 ◼ Autonomes Fahren und automatisches Laden sind möglich!
 ◼ WPT → eine Schlüsseltechnologie für das autonome Fahren
 ◼ Kontaktlose Energieübertragung ist durch Induktion möglich und Stand der
 Technik
  Übertragungsdistanz, Leistung und Wirkungsgrad – es gibt Grenzen
  Abstände: mm bis mehrere dm
  Leistungsübertragung: Watt bis kW-Bereich
  Wirkungsgrade: > 90 % realisierbar
  Normkonformität und Sicherheit erreichbar

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