Induktives Laden: Assistenzsystem platziert E-Auto punktgenau über Ladespule

×

Beim induktiven Laden von Elektroautos ist die exakte Positionierung des Fahrzeugs entscheidend. Am Institut für Verbrennungsmotoren und Kraftfahrwesen der Universität Stuttgart ist daher ein Verfahren zur zentimetergenauen Positionierung bei induktiven Ladesystemen entwickelt worden.

Elektrofahrzeuge werden zunehmend nicht mehr per Kabel, sondern mittels induktiver Ladesysteme mit Strom versorgt. Die Ladung erfolgt über ein Magnetfeld, das von einer Ladespule im Parkplatzboden erzeugt und nach dem Transformatorprinzip auf eine Empfängerspule am Unterboden des Autos übertragen wird. Damit das funktioniert, muss der Fahrer das Auto so parken, dass beide Spulen exakt übereinander liegen. Ohne ein adäquates Assistenzsystem ist dies so gut wie unmöglich - doch gerade daran fehlte es bisher. Am Institut für Verbrennungsmotoren und Kraftfahrwesen (IVK) der Universität Stuttgart ist deshalb nun ein Verfahren entwickelt worden, das eine zentimetergenaue Positionierung erreicht.

Die Suche nach einem Positionierungsverfahren, das eine präzise Lokalisierung der Ladespule ermöglicht und somit den Fahrer beim Ausrichten des Fahrzeugs unterstützt, brachte jedoch trotz mehrjähriger Forschung und verschiedener technologischer Ansätze bisher keine befriedigenden Lösungen, erklären die Forscher. Entweder waren die Verfahren ungenau, unausgereift und teuer, oder sehr anfällig gegenüber Wettereinflüssen.

Gepulstes magnetisches Feld niedriger Frequenz

Dean Martinovic hat nun im Rahmen seiner Doktorarbeit am IVK unter Leitung von Professor Hans-Christian Reuss ein neues magnetfeldbasiertes Verfahren entwickelt und patentiert, mit dem ein Fahrzeug so punktgenau platziert werden kann, dass die Position der beiden Spulen um weniger als einen Zentimeter differiert.

In dem Projekt "BIPoLplus", das im Rahmen des Spitzenclusters "Elektromobilität Süd-West" vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) gefördert sowie vom Forschungsinstitut für Kraftfahrwesen und Fahrzeugmotoren Stuttgart (FKFS) unterstützt wird, nutzt er anstelle des bisher üblichen sinusförmigen Magnetfeldes erstmals ein gepulstes magnetisches Feld niedriger Frequenz. Auf diese Weise ließen sich störende Wechselwirkungen mit dem metallischen Unterboden des Elektrofahrzeugs vermeiden. Spezielle hochempfindliche Magnetfeldsensoren, die direkt am metallischen Unterboden des Elektrofahrzeugs angebracht sind, tasten das magnetische Pulssignal ab und senden die Informationen an ein Steuergerät im Fahrzeug. Ein speziell entwickelter Algorithmus berechnet anschließend selbständig – ohne jegliche Kommunikation mit der signalgebenden Elektronik im Parkplatz - die Position der Ladespule. Diese wird dem Fahrer schließlich mithilfe einer 3D-Applikation auf einem Tablet im Cockpit angezeigt, das den Fahrer bei der präzisen Ausrichtung des Fahrzeugs unterstützt. Der Fahrer kann hierbei seine Bewegung in Echtzeit verfolgen. Der aktuelle Prototyp nutzt zwei Magnetfeldsensoren, welche die Position zuverlässig anzeigen, sobald sich die beiden Spulen auf einen Abstand von 1,5 Metern genähert haben.

Kostengünstiger und unabhängig von Wettereinflüssen

×

Gegenüber anderen physikalischen Größen soll das Magnetfeld erhebliche Vorteile besitzen, so die Wissenschaftler: Es unterliege beispielsweise keiner Dämpfung bei der Durchdringung von Materialien und werde im Gegensatz zu Elektromagnetischen Wellen (WLAN, RFID etc.) nicht reflektiert. Da keine Sichtverbindung zwischen Sensor und Signalquelle benötigt wird, sei es anders als optische Systeme unabhängig von Wettereinflüssen wie Schnee oder Nebel. Daher ist der Ansatz sowohl für den Einsatz in der heimischen Garage, als auch im Außenbereich geeignet. Das Verfahren funktioniere für jedes Fahrzeug und sei zudem kostengünstig, da im Gegensatz zu anderen Lösungen lediglich zwei sehr kleine, platzsparende und günstige Magnetfeldsensoren genutzt werden. Ob die Autos vorwärts oder rückwärts eingeparkt werden und ob sie beim "Betanken" neben- oder hintereinander stehen, spiele keine Rolle: Alle Parkmodelle werden durch das Verfahren unterstützt.

Künftig soll das System noch besser werden: Weitere Arbeiten am IVK zielen auf eine Vergrößerung des Positionierungsbereichs und auf die Optimierung der Signalverarbeitung.