Schlüsselanforderungen an eine interoperable kontaktlose Energieübertragung
Die erfolgreiche Gestaltung eines Standards setzt voraus, dass die
Entscheidungskriterien zur Auswahl von Definitionen dem Einsatzzweck
des Standards angepasst sind. Einsatzzweck des WiPT-Standard
ist die breitflächig einsetzbare garantierte kontaktlose
Energieübertragung auf wechselnde Abnehmer im öffentlichen
Verkehrsraum. Aus diesem Zweck heraus wurden die im Folgenden aufgelisteten
Anforderungen abgeleitet und umgesetzt.Unterflurinstallation
Der Standard basiert auf einer bodenebenen Unterflurinstallation. Diese Anforderung resultiert wesentlich aus den Aspekten der Sicherheit, die eine Installation ohne Stolperfallen erfordert, als auch aus den Anforderungen von Betreibern zu einem unauffälligen in das Stadtbild integrierten Erscheinungsbild sowie einer problemlosen Reinigung. Insbesondere die Möglichkeit der Schneeräumung erfordert die Unterflurinstallation.
Auch aus technischer Sicht ist diese Anforderung sinnvoll, da in dieser Installationsform die größten magnetisch wirksamen Luftspalte entstehen und damit die technischen Herausforderungen am größten sind. Alternative Überflurinstallationen sind technologisch weniger anspruchsvoll und lassen sich aus einer Definition von Unterflurinstallationen ableiten.
Keine bewegten Elemente
Wartungsfreie, langlebige und robuste Lösungen lassen sich bei
Systemen ohne bewegte Elemente am leichtesten realisieren. Bewegte
Elemente sind in der Regel anfällig gegenüber Verschmutzung oder
Verklemmung, so dass vorausgehende Diskussionen mit
Automobilherstellern und Betreibern egeben haben, dass beide auf ihren
Einrichtungen keine bewegten Elemente für akzeptabel halten.Sicherheit
Die
Sicherheit eines technischen Systems wird vom Anwender grundsätzlich
vorausgesetzt. Es muss daher ein Nachweis erfolgen, dass aus dem
Standard abgeleitete
Energieübertragungssysteme allen Sicherheitsstandards genügen. Dies
setzt implizit die heutige Realisierbarkeit von ggf. notwendigen
Schutzmaßnahmen voraus.Geometrische Flexibilität
Da die Abnahme von Energie von den unterschiedlichsten Fahrzeugen
erfolgen können muss, darf die Standardisierung keine strikten Vorgaben
an die Geometrie des Abnehmerkopfes vorschreiben. Fahrzeuge vom
Kleinwagen bis hin zum Lieferwagen weisen die unterschiedlichsten Höhen
über dem Boden auf und bieten die unterschiedlichsten Einbauräume
bezüglich der Fläche, so dass Konstruktionen der sekundären Feldplatte
in unterschiedlichen Fahrzeugtypen stark voneinander abweichen werden.
Die Anwendungen erfordern daher vom Standard ein hohes Maß an
Flexibilität in der Geometrie.
Kompakte sekundäre Geometrie
Neben der bereits beschriebenen allgemeinen geometrischen Flexibilität,
wurde die Anforderung für eine möglichst kleine sekundäre (flächige)
Geometrie gesondert als Schlüsselkriterium aufgenommen. Insbesondere die
Anwendung der kontaktlosen Energieübertragung bei Plug-In
Hybridfahrzeugen erfordert bei den Automobilherstellern eine extrem
kleine Bauform für die sekundäre Feldplatte. In diesen Fahrzeugen, die
Verbrennungsmotor und Elektroantrieb kombinieren, ist sehr wenig
Bauraum vorhanden, so dass neben der grundsätzlichen Anpassbarkeit der
abnehmenden Feldplatte auf Luftspalte und Fläche eine explizite
Notwendigkeit zur Minimierung der sekundären Feldplatte besteht.Hoher Wirkungsgrad
Die kontaktlosen Energieübertragungssysteme stehen bezüglich der
Effizienz im Wettbewerb mit konduktiven Ladegeräten. Zunächst mag der
Steckkontakt nahe legen, dass dort extrem hohe Wirkungsgrade umgesetzt
werden können. Dem ist jedoch nicht so, da die elektrische Sicherheit
eine Potentialtrennung zwischen Versorgungsnetz und Fahrzeug erfordert.
Kabelgebundene Ladegeräte weisen daher einen internen Transformator
auf,
der mit derselben Wirkungsweise wie die induktiven Feldplatten diese
Potentialtrennung realisiert. Aus diesem Grund entstehen auch beim
Laden mit Steckkontakt nennenswerte Verluste. Für die kontaktlose
Energieübertragung wird daher ein Wirkungsgrad über 90% angestrebt, der
den Wirkungsgraden der konduktiven Technik nahe kommt. Auch gesetzliche
Bestimmungen erfordern einen ausreichenden Wirkungsgrad. Es ist zu
erwarten, dass der Gesetzgeber bei entsprechender Verbreitung der
Technologie entsprechende Vorgaben vorgibt.Nicht zuletzt sei darauf hingewiesen, dass der Wirkungsgrad in die Ladezeit des Fahrzeuges eingeht. Da die dem Versorgungsnetz entnehmbare Leistung aufgrund der elektrischen Sicherungen fixiert ist, bleibt die Summe aus Ladeleistung und Verlustleistung konstant. Je höher die Verluste, desto geringer die Ladeleistung.