120 Kilowatt starkes drahtloses Ladesystem für Fahrzeuge demonstriert

23.10.2018 - USA

Forscher des Department of Energy's Oak Ridge National Laboratory haben ein 120 Kilowatt starkes drahtloses Ladesystem für Fahrzeuge demonstriert - mit der sechsfachen Leistung der bisherigen ORNL-Technologie und einem großen Schritt in Richtung Ladezeiten, die mit der Geschwindigkeit und dem Komfort einer Tankstellenbetankung konkurrieren.

Genevieve Martin/Oak Ridge National Laboratory, US Dept. of Energy

Modernste Leistungselektronik sorgt für einen sicheren und effizienten Stromfluss zwischen den Komponenten des Systems.

Genevieve Martin/Oak Ridge National Laboratory, US Dept. of Energy

ORNL-Forscher entwickelten mit Hilfe von Computersimulationen Spulen, die das für die drahtlose Energieübertragung erforderliche Magnetfeld erzeugen.

Genevieve Martin/Oak Ridge National Laboratory, US Dept. of Energy
Genevieve Martin/Oak Ridge National Laboratory, US Dept. of Energy

Das drahtlose System überträgt 120 Kilowatt Leistung mit 97 Prozent Wirkungsgrad, was mit herkömmlichen, verkabelten Hochleistungs-Schnellladegeräten vergleichbar ist. In der Labordemonstration wurde die Energie über einen Luftspalt von sechs Zoll zwischen zwei Magnetspulen übertragen und ein Batteriepack geladen.

ORNL-Forscher entwickelten und demonstrierten das weltweit erste 20-Kilowatt-Funk-Ladesystem, das für Anwendungen wie kommerzielle Lieferwagen modifiziert wird. "Es war wichtig, den gleichen oder geringeren Platzbedarf wie bei der vorherigen Demonstration zu erhalten, um die kommerzielle Akzeptanz zu fördern", sagte Veda Galigekere, Projektleiterin der ORNL Power Electronics and Electric Machinery Group.

"Wir haben mit Hilfe von finiten Element- und Schaltungsanalysen eine neuartige Kooptimierungsmethode entwickelt, die die Probleme des Spulendesigns löst und gleichzeitig sicherstellt, dass sich das System nicht erwärmt oder Sicherheitsprobleme aufwirft und dass jeder Leistungsverlust während der Übertragung minimal ist", sagte er.

Um 120 Kilowatt zu erreichen, entwickelte das ORNL-Team ein neues Spulendesign, das in Zusammenarbeit mit den neuesten Leistungselektronikgeräten aus Siliziumkarbid für ein leichtes und kompaktes System optimiert wurde. Die Systemarchitektur nimmt Energie aus dem Netz auf und wandelt sie in hochfrequenten Wechselstrom um, der ein Magnetfeld erzeugt, das die Energie über einen großen Luftspalt überträgt. Sobald die Energie auf die Sekundärspule übertragen wurde, wird sie wieder in Gleichstrom umgewandelt und in den Batterien eines Fahrzeugs gespeichert.

Die Demonstration fördert das extreme Schnellladeziel von DOE, ein System zu entwickeln, das 350 bis 400 Kilowatt leistet und die Ladezeit von Elektrofahrzeugen auf 15 Minuten oder weniger reduziert.

"Dieser Durchbruch bringt die Technologie, die erforderlich ist, um eine größere Akzeptanz von Elektrofahrzeugen durch Erhöhung der Reichweite und der Ladefreundlichkeit zu fördern, deutlich voran und unterstützt wiederum ein energieeffizientes Mobilitätssystem für den wirtschaftlichen Erfolg des Landes", sagte Moe Khaleel, stellvertretender Laborleiter für Energie- und Umweltwissenschaften beim ORNL.

ORNL-Forscher werden Innovationen erforschen, um die Leistungsübertragung auf 200 und schließlich 350 Kilowatt zu erhöhen und gleichzeitig die dynamische drahtlose Ladetechnologie zu verbessern. Ein dynamisches System ermöglicht das automatische Laden von Elektrofahrzeugen über drahtlose Ladepads, die unter Fahrbahnen installiert sind. Es werden Systeme mit höherer Leistung benötigt, um die Kosten und die Komplexität der dynamischen Ladung zu minimieren. "Das Ziel ist das dynamische Laden bei Autobahngeschwindigkeiten", sagte Galigekere.

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