Diese Seminararbeit beschäftigt sich mit den Herausforderungen des induktiven Ladens in der Elektromobilität. Ziel ist es, die Möglichkeiten des Einsatzes der induktiven Ladetechnologie für Elektrofahrzeuge zu untersuchen und darzustellen.
Im ersten Kapitel geht es um die Einführung in das Thema Elektromobilität im Hinblick auf die Problemstellungen bei der Realisierung und den Ladetechnologien. Au-ßerdem wird die Zielsetzung der Arbeit genauer eingegrenzt und das Vorgehen be-schrieben.
Im zweiten Kapitel geht es speziell um das Induktive Laden. Es wird die physikalische Funktionsweise beschrieben, Vor- und Nachteile, sowie die Anwendung bei Elektrofahrzeugen aufgezeigt. Im Weiteren geht es um die Realisierungsmöglichkeiten. Zum einen gibt es die Möglichkeit des stationären induktiven Aufladens, dabei wird das Fahrzeug kontaktlos an den Stromkreislauf angeschlossen und lädt z.B. über Nacht in der Garage oder auf dem Firmenparkplatz auf. Des Weiteren besteht die Möglichkeit des dynamischen induktiven Ladens während der Fahrt. Dabei lädt sich die Batterie bei der Fahrt über sogenannte Linienleiter auf, während das Fahrzeug betrieben wird. Das bietet die Möglichkeit der Reichweitenproblematik von Elektrofahrzeugen entgegen zu wirken.
Im dritten Kapitel werden die Herausforderungen und die Wirtschaftlichkeit des induktiven Ladens betrachtet. Es gibt infrastrukturelle, komponentenbedingte und internationale Herausforderungen. Die Wirtschaftlichkeit wird anhand von vier Szenarien untersucht und auf Grundlage der durchschnittlichen Strommehrkosten mit der kabelgebundenen Variante verglichen.
Im vierten Kapitel wird eine Fallstudienberechnung durchgeführt. Es werden die Kosten für den dynamischen Ausbau der Strecke Hamburg – München, sowie einer mittelgroßen Stadt wie Braunschweig berechnet. Außerdem werden die Kosten für einen stationären Ausbau von Tankstellen und Parkplätzen, sowie Hausstellplätzen für Braunschweig berechnet.
Inhaltsverzeichnis
1 Einleitung
1.1 Ausgangslage und Problemstellung
1.2 Zielsetzung und Vorgehensweise
2 Induktives Laden in der Elektromobilität
2.1 Die Funktionsweise des induktiven Ladens
2.2 Realisierungsmöglichkeiten
2.2.1 Stationäres Laden
2.2.2 Dynamisches Laden
3 Herausforderungen und Wirtschaftlichkeitsbetrachtung
4 Berechnung einer Fallstudie
5 Kritische Würdigung und Ausblick
6 Zusammenfassung
Zielsetzung und Themen
Die vorliegende Arbeit analysiert das Potenzial und die technologischen sowie wirtschaftlichen Herausforderungen der induktiven Ladetechnologie für Elektrofahrzeuge. Im Fokus steht dabei die Untersuchung der Funktionsweise, der Einsatzmöglichkeiten (stationär vs. dynamisch) sowie eine ökonomische Bewertung anhand einer Fallstudie.
- Technologische Grundlagen der induktiven Energieübertragung
- Unterscheidung zwischen stationären und dynamischen Ladekonzepten
- Wirtschaftlichkeitsanalyse basierend auf verschiedenen Ladeszenarien
- Fallstudien zur Infrastrukturfinanzierung (Autobahnstrecken und urbane Räume)
- Normung und Standardisierung als kritische Erfolgsfaktoren
Auszug aus dem Buch
2.1 Die Funktionsweise des induktiven Ladens
Das Funktionsprinzip der induktiven Energieübertragung beruht auf dem klassischen Transformator. Der Unterschied besteht darin, dass die Primär- und die Sekundärspule mechanisch getrennt sind (Vgl. Wiesspeiner 2005, S. 2). Ein zeitlich veränderlicher Strom in der Primärspule (Erregerwicklung) erzeugt ein zeitlich veränderliches Magnetfeld, welches die Sekundärspule, die sich in der Nähe befindet, zum Teil durchsetzt. Das Magnetfeld verursacht in der Sekundärspule eine Induktionsspannung, die letztlich einen zeitlich veränderlichen Strom erzeugt. Das erzeugte Magnetfeld überlagert sich mit dem der Primärspule (Vgl. Hu 2009), siehe Abb. 1.
Die Primärspule befindet sich meist stationär in der Ladestation, beim dynamischen Laden in den Linienleitern, während die Sekundärspule mit dem Mobilteil verbunden ist. Die Übertragungsfrequenzen müssen zwischen 20-150kHz liegen, um eine Energieübertragung auch bei größeren Luftspalten, wie sie in der Elektromobilität bestehen, zu ermöglichen (Vgl. Hu 2009). Die magnetische bzw. transformatorische Kopplung zwischen den Spulen wird durch das Verhältnis Luftspalt zu Spulendurchmesser bestimmt. Je geringer dieses Verhältnis, desto besser die Kopplung. Die maximale Kopplung ergibt sich somit bei zwei flächenmäßig deckungsgleichen Spulen mit geringem Luftspalt (Vgl. Wiesspeiner 2005, S. 2).
Ein Nachteil dieser Methode sind die Streuinduktivitäten, durch die das System Blindleistung aufnimmt, was zu einer Verringerung des Wirkungsgrades führt. Als Streuinduktivitäten werden die Magnetfelder bezeichnet, die nicht in der Sekundärspule ankommen und somit verloren gehen. Das geschieht, wenn der Luftspalt zu groß wird oder die Spulen nicht deckungsgleich angeordnet sind. Zur Kompensation dieser Blindleistung werden primär- oder sekundärseitig hochwertige Kondensatoren geschaltet (parallel oder in Reihe), so dass ein Schwingkreis entsteht. Gewählt werden die Kapazitäten so, dass die Schwingkreise bei der Betriebsfrequenz in Resonanz sind, um die Wirkung der Streuinduktivitäten aufzuheben (Vgl. Schraven, Kley, Wietschel 2010, S. 5).
Zusammenfassung der Kapitel
1 Einleitung: Diese Einleitung führt in das Thema Elektromobilität ein, thematisiert die aktuelle Ausgangslage sowie die Zielsetzung der Arbeit.
2 Induktives Laden in der Elektromobilität: Hier werden die physikalischen Grundlagen der induktiven Energieübertragung sowie stationäre und dynamische Realisierungsmöglichkeiten erläutert.
3 Herausforderungen und Wirtschaftlichkeitsbetrachtung: Dieses Kapitel behandelt infrastrukturelle, technische und ökonomische Herausforderungen anhand von vier Szenarien und vergleicht diese mit konduktiven Ladeverfahren.
4 Berechnung einer Fallstudie: Auf Basis der vorangegangenen Wirtschaftlichkeitsbetrachtung werden die Kosten für den Ausbau einer Autobahnstrecke sowie den urbanen Raum in Braunschweig kalkuliert.
5 Kritische Würdigung und Ausblick: Der Autor bewertet die eigene Arbeit kritisch und gibt einen Ausblick auf die zukünftigen Potenziale und notwendigen Entwicklungen der induktiven Ladetechnik.
6 Zusammenfassung: Dieses Kapitel fasst die wesentlichen Ergebnisse der Seminararbeit kompakt zusammen.
Schlüsselwörter
Elektromobilität, Induktives Laden, Energieübertragung, Ladeinfrastruktur, Wirtschaftlichkeit, Fallstudie, Primärspule, Wirkungsgrad, Blindleistung, Elektromagnetische Felder, Standardisierung, Dynamisches Laden, Stationäres Laden, Batterieladung
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in dieser Arbeit grundsätzlich?
Die Arbeit beschäftigt sich mit den Herausforderungen und dem Potenzial des induktiven Ladens als kabellose Alternative zum konventionellen, kabelgebundenen Laden von Elektrofahrzeugen.
Was sind die zentralen Themenfelder?
Die Schwerpunkte liegen auf der physikalischen Funktionsweise, den infrastrukturellen Anforderungen für stationäres und dynamisches Laden sowie einer techno-ökonomischen Bewertung.
Was ist das primäre Ziel der Arbeit?
Ziel ist es, die Möglichkeiten des Einsatzes der induktiven Ladetechnologie für Elektrofahrzeuge zu analysieren und deren wirtschaftliche Umsetzbarkeit zu bewerten.
Welche wissenschaftliche Methode wird verwendet?
Die Arbeit basiert auf einer Literaturanalyse der technischen Grundlagen und einer modellbasierten Wirtschaftlichkeitsbetrachtung, die durch eine Fallstudienrechnung für konkrete Szenarien ergänzt wird.
Was wird im Hauptteil der Arbeit behandelt?
Der Hauptteil gliedert sich in die Darstellung der Funktionsweise, eine Analyse der infrastrukturellen Hürden und eine detaillierte Kalkulation der Ausbaukosten für verschiedene Ladeszenarien.
Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Arbeit?
Die Arbeit lässt sich am besten mit Begriffen wie Elektromobilität, induktive Ladetechnik, Ladeinfrastruktur, Wirtschaftlichkeit und Fallstudie charakterisieren.
Warum wird das induktive Laden als Alternative zum kabelgebundenen Laden diskutiert?
Weil es durch Vorteile wie Wetterunabhängigkeit, Vandalismusschutz, einfache Bedienung und das Entfallen des manuellen Ansteckens das Nutzererlebnis und die Akzeptanz für Elektrofahrzeuge deutlich steigern könnte.
Was ist das Hauptergebnis bezüglich des dynamischen Ladens?
Das Konzept des dynamischen Ladens während der Fahrt ist zwar technisch möglich, erscheint aber aufgrund der enormen infrastrukturellen Kosten, der hohen benötigten Anschlussleistungen und der komplexen Netzintegration derzeit als kaum realistisch umsetzbar.
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- Felix Müller (Author), 2012, Herausforderungen des induktiven Ladens in der Elektromobilität, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/189104
