Wireless Charger 3.0 – Induktive Batterieladung

Der Wireless Charger 3.0 ist ein induktives Energieübertragungssystem, das eine automatisierte, d.h. völlig eingriffsfreie und effiziente Batterieladung für alle Arten von industriellen Fahrzeugen bietet, z.B. für alle Arten von Fahrerlosen Transportsystemen (FTS) und autonomen mobilen Robotern (AMRs / Cobots).

Optimiertes, effizientes Aufladen

Bei der Verwendung von Lithium-Batterien wird der Ladevorgang durch eine ständige Interaktion zwischen dem bordeigenen Batteriemanagementsystem (BMS) und der induktiven Stromversorgung (Inductive Power Supply - IPS) optimiert. Die Versorgungseinheit liefert nur die momentan benötigte Leistung.
Im Gegensatz zu herkömmlichen Ladesystemen – konduktive Ladekontakte – gibt es beim Wireless Charger 3.0 keine Stecker oder Paddles und ist völlig eingriffsfrei.
Das Fahrzeug wird über dem Inductive Stationary Pad (ISP), die stationäre Spule, positioniert. Das ist die einzige Voraussetzung, um den Ladevorgang automatisch zu starten.
Wireless Chargers ermögliche die Automatisierung des Ladevorgangs und sind ideal für das Prinzip der Gelegenheitsladungen. Kurze und häufige Ladeintervalle reduzieren die thermische Belastung der Batterien, verlängern ihre Lebensdauer und ermöglichen so auch reduzierte Batteriekapazitäten. Das Laden wird zu einem prozessintegrierten Vorgang. Es gibt keine verlängerten Totzeiten durch das Laden oder durch Fahrtzeiten zu ausgewiesenen Ladestellen oder gar durch das Austauschen von Batterien.

Wireless Charger 3.0 – Systemaufbau

Sicherheitsaspekte

Durch die Geometrie der Conductix-Wampfler Wireless Charger Komponenten, dem Inductive Stationary Pad (ISP) und dem Inductive Mobile Pad (IMP), besteht das Magnetfeld hauptsächlich im Luftspalt zwischen diesen Komponenten.
Kein versehentliches Einschalten durch verschiedene Sicherheitsvorkehrungen, wie Validierungen, Pairing, definierte Ladeausrichtung. Wenn das Fahrzeug die Ladeposition verlässt, schaltet die Versorgungseinheit (IPS) das Inductive Stationary Pad ab, ebenso wenn keine Kommunikation besteht.
Aufgrund der Art der Energieübertragung gibt es keine freiliegenden Kontaktflächen. Die Pads sind vollständig gekapselt und haben eine hohe IP-Einstufung.
Die Wireless Charger folgen immer den vorgegebenen oder vordefinierten Anforderungen, so dass die Fahrzeugseite die Geschwindigkeit der Energieübertragung bestimmt. Typischerweise folgen sie bei Lithium-Batterien ausschließlich den Ladeanforderungen, die an die Mobile Power Unit (MPU) gestellt werden.
Bereitstellung des Systemstatus für stationäre und mobile Steuereinheiten über CAN- und/oder Ethernet-Schnittstellen. Einfache Zustandserkennung durch die Anzeige auf der induktiven Stromversorgung (IPS) und den Halo-Lichteffekt.
Konstruktionsbedingt ist der Ausgang strombegrenzt. Die eingebauten Komponenten sind galvanisch von den stationären Komponenten getrennt.
Die Kommunikation zwischen der mobilen und der stationären Seite des Wireless Charger mittels induktiver Kommunikation wird durch eine eventuell in der Nähe verwendete funkbasierte Kommunikation, d. h. WiFi, nicht beeinträchtigt.

Funktionsprinzip

Jedes drahtlose Ladesystem besteht aus zwei Teilen: der primären/stationären und der sekundären/mobilen Seite, die magnetisch gekoppelt sind, ähnlich wie bei einem herkömmlichen Transformator. Die primäre oder stationäre Seite besteht aus einer induktiven Stromversorgung (IPS) und einem Inductive Stationary Pad (ISP). Die sekundäre oder mobile Fahrzeugseite besteht aus einem Inductive Mobile Pad (IMP) und einer Mobile Power Unity (MPU), die im Fahrzeug installiert ist.
Im Gegensatz zu einem herkömmlichen Transformator, bei dem Primär- und Sekundärspule mechanisch gekoppelt sind, handelt es sich beim Wireless Charger um ein lose gekoppeltes System, das mit einem Luftspalt arbeitet.

Wireless Charger - Inductive Power Transfer Principle

Gelegenheitsladung / In-Process Charging

Gelegenheitsladung oder In-Process Charging bedeutet die Nutzung verfügbarer Zeitfenster während des Betriebs. In der Regel handelt es sich dabei um kurze, aber häufige Stopps. Das bedeutet, dass man die Batterie nie vollständig auflädt, sondern nur bis zu einem gewissen Grad nachfüllt.
Der Wireless Charger 3.0 ist ein System, mit dem Fahrzeuge wie Automated Guided Vehicles (AGVs) im Idealfall vollständig nach diesem Prinzip arbeiten können.
Ein minimal dimensionierter Energiespeicher an Bord, der genügend Energie speichert, um die nächste Lademöglichkeit zu erreichen, ist praktisch ausreichend für den Betrieb von Fahrerlosen Transportfahrzeugen (FTF) oder mobilen Robotern / Cobots.

Dies ermöglicht verschiedene praktische Szenarien:

  • Der Energiespeicher an Bord wird auf ein Minimum reduziert, um eine höhere Nutzlast und/oder mehr Platz zu gewinnen
  • Kurzes, aber häufiges Wiederaufladen verringert die thermische Belastung der Batterien und verlängert so in der Regel die Lebensdauer
  • Idealerweise werden bei der Anlagenplanung, die für Batterien besonders belastenden Zustände nahe dem Leerzustand oder nahe dem Vollzustand vermieden, um weitere Verbesserungen der Lebensdauer zu erreichen
  • Auch wenn die Lademöglichkeiten seltener und nur in größeren Abständen möglich sind, kann die Kapazität des Energiespeichers an Bord im Vergleich zu einer konventionellen Batterieladung über Nacht deutlich reduziert werden. Dies führt zu einer erheblichen Reduzierung von Gewicht und Volumen und erhöht die Effizienz des Fahrzeugs. Nicht zu vergessen sind die geringeren Kosten
  • Keine Probleme durch die Handhabung von Leitungen oder Steckern