E-WALD ILS - Vergleichende Studie zum Induktiven Schnellladen Statusseminar der Bayerischen Modellregionen 12. November 2015 Prof. Dr. Ing.

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1 E-WALD ILS - Vergleichende Studie zum Induktiven Schnellladen Statusseminar der Bayerischen Modellregionen 12. November 2015 Prof. Dr. Ing. Andreas Grzemba - Vizepräsident Forschung und Technologietransfer

2 Kabelladung war gestern. DC-Ladung mit Quecksilberdampf- Gleichrichter

3 Anwendungsbeispiele Flughafen Cart Elektrische Zahnbürste Ladeleistung 1,8 kw (z.b. Houston, Newark ) Ladeleistung ca. 3 W Golf Cart Handy Ladung Die Induktionsschleife wird unsichtbar im Rasen verlegt Ladeleistung ca. 1,2 kw Elektrohubwagen Ladeleistung ca. 5 W Induktionsherd Heizleistung 2,5-3,2 kw Medizinische Instrumente z.b. OP-Sonden Kernfusionsreaktoren Induktives heizen d. Plasmas Heizleistung MW

4 E-WALD ILS - Vergleichende Studie zum Induktiven Schnellladen Untersuchung der Auswirkungen des induktiven Schnellladevorganges auf das Energie- und Stromnetz in der geografischen Region Bayerischer Wald Analyse der Rückwirkung auf das Ladeverhalten der Elektrofahrzeuge Vergleichende Untersuchung der induktiven und konduktiven Schnellladung Kabelfreies Laden als eine wesentliche Anforderung an die intelligente Fahrzeugtechnik der Zukunft 5

5 Ziele E-WALD ILS Technologieerprobung der induktiven Energieübertragung mit 30 kw Ladeleistung (entspricht DC-Schnellladung) Nachweis, das induktives Laden in einem Flottenbetrieb integriert werden kann Untersuchung der Witterungsbeständigkeit und Einflüsse von Fremdkörpern Erprobung kurzer Stand- und Ladezeiten für Car-Sharing Anbieter bei stark frequentierten Fahrzeugen an zwei Standorten Deggendorf und TC Teisnach Untersuchung der Einflüsse auf die Batteriealterung durch Schnellladung und zeitgleich thermischen Einflüssen durch Sekundärspule Umrüstung von zwei Elektrofahrzeugen NISSAN LEAF und Citroën Berlingo 6

6 Grundprinzip CHAdeMO spezifiziert die Anstiegs-/Abstiegskurven des Ladestroms Es wird unterschieden nach Sollstrom (Fahrzeug) und Iststrom (Ladesäule)

7 Elektromagnetische Emissionen (EMI) Die EMI-Richtlinien für den öffentlichen Bereich* werden eingehalten (B max <27 μt, f < 100 khz) Gemessen ab Spulenmitte ist das Feld in etwa cm Entfernung bereits ausreichend abgeschwächt * 26.BlmSchV (Bundes-Immissionsschutzgesetzes) Quelle: Fraunhofer ISE Simulation bei 22 kw Ladeleistung Feldsimulation (oben), Messung der max. Flussdichte (unten)

8 Übertragungskette Resonanz -kreis HF/DC Wandler DC/DC Wandler Hochvoltbatterie NETZ 400V Bidirektionaler Wechselrichter DC/HF Wandler Resonanz -kreis Wirkungsgrade bis zu 95 % sind erreichbar

9 Vorteile / Nachteile J1772 Emulation Vorteile: Herausforderungen: J1772 Emulation + AC/DC Booster CHAdeMO Emulation mit DC/DC Steller CHAdeMO Emulation direkt Direkte Ladung und Kommunikation mit BMS Sehr hohe Ladeleistung (Schnellladen bis 62,5 kw) Kein DC/DC Steller erforderlich Kein direkter Eingriff in das Fahrzeug Es kann auch herkömmlich über CHAdeMO geladen werden System auch für Combinded Charging System (CCS) verwendbar ILS-CHAdeMO Controller muss noch entwickelt werden Die vom AC/DC Steller gelieferte Spannung/Strom muss recht genau mit den Vorgaben des Fahrzeuges übereinstimmen Kein Massepotential bei Störung Evtl. Probleme mit der Kühlleistung

10 Möglichkeiten zur Umrüstung J1772 Emulation J1772 Emulation + AC/DC Booster Dem Fahrzeug wird eine herkömmliche Ladung über CHAdeMO emuliert. Der Ladestrom wird direkt eingespeist. Die sich in den Sekundärspulen induzierte Ladespannung wird über Parameter im stationären Ladepunkt gestellt. CHAdeMO Emulation mit DC/DC Steller CHAdeMO Emulation direkt Ladung mit bis zu 62,5 kw Unkomplizierter Aufbau Direkte Ladung und Kommunikation mit BMS

11 Voruntersuchung Nissan LEAF Untersuchung des Unterbodens hinsichtlich Bauraum für die Sekundärspule Untersuchung der umgebenen Materialien auf ferromagnetische Eigenschaften Dokumentation der Lage der HV-Leitungen und Schütze Analyse der Sensordaten im CAN-Bus Prüfung der Kühlwasseranschlüsse und Untersuchungen bezüglich der abführbaren Leistung Untersuchung Unterboden HV-Kabelführung und Kühlwasserverlauf

12 Elektrische Auslegung Sekundärspule AC/DC Gleichrichter (Symbolfoto) ILS-CHAdeMO Controller (Symbolfoto) 400V Hochvoltbatterie Zusätzliche Trennrelais CHAdeMO Anschluss Verschaltungsplan Nissan LEAF Schaltschütze 3,7 kw Ladegerät

13 ILS-CHAdeMO Controller Entwicklung eines CHAdeMO Emulators für das ILS Aus Fahrzeugsicht wird wie gewohnt CHAdeMO geladen Kommunikation mit dem DC/DC Wandler Nahfeldkommunikation mit der Primärspuleneinheit (Symbolfoto) Controllerboard Nahfeldkommunikation Regelung CHAdeMO Kommunikation HF/DC Wandler DC/DC Steller

14 ILS Standortvorbereitung (TESLA Ladestation) HF-Kabel im Leerrohr Netzanschluss 30kW AC/HF-Umrichter (Foto: 60kW) Vorplanungen am Standort THD wurden bereits durchgeführt 30 kw Primärspule 80x90 cm

15 Umrüstung - Citroën Berlingo Aktuelle Untersuchungen: 22,5 kwh Batterie (330V) 48 Zellen mit 13,5 kwh vorne, 32 Zellen hinten mit 9 kwh CHAdeMO fähig

16 Nächste Schritte Umrüstung der Fahrzeuge Inbetriebnahme der stationären Anlagen an beiden Standorten Dauerbetrieb in Q3/Q4 16 und Integration der Versuchsfahrzeuge im Flottenbetrieb durch die THD Erweiterung der E-WALD InCarApp um Datenaufzeichnung für ILS und die Ladestandorte Deggendorf und Teisnach Versuchsreihen zu Fremdkörperverhalten, EM- Verträglichkeit und Wirkungsgrade unter verschiedenen klimatischen Bedingungen 17

17 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! ILS Primär und Sekundärspule des Induktiven Ladesystems (ILS) Dipl.-Ing. (TU) univ. Kenji Eiler