Mathematische Methoden für die effiziente Auslegung und den Betrieb induktiver Batterieladesysteme

Ein induktives Ladesystem mit hoher Übertragungsleistung, hohem Wirkungsgrad, Flexibilität in der Fahrzeugpositionierung, Fremdobjekterkennung, geringen elektromagnetischen Emissionen und sicherer Datenübertragung ist bei gleichzeitig geringem Bauraum sehr kostenintensiv.
In dieser Arbeit wird der Entwicklungsprozess des Leistungsteils eines induktiven Ladesystems mit der Konzeption, der Auslegung, der Simulation und der Betriebsstrategie behandelt. Die entwickelten Spulensysteme werden in ein leistungselektronisches System eingebettet, das mit möglichst wenigen Komponenten realisiert wird, um Platz und Materialkosten zu sparen. ... mehrDazu gehört auch das Prinzip, auf aufwändige Messtechnik zu verzichten und diese durch Berechnungen zu ersetzen. Die Bereitstellung mathematischer Methoden ist themenübergreifend ein zentraler Beitrag dieser Arbeit. Für die effiziente Auslegung der Spulen, die Modellierung und die Zustandserfassung im Betrieb werden eigene Berechnungsverfahren vorgestellt. Durch Experimente werden diese in einem realitätsnahen Szenario verifiziert.

An inductive charging system with high transmission power, high efficiency, flexibility in vehicle positioning, foreign object detection, low electromagnetic emissions and secure data transmission is very costly combined with small packaging volume.
In this thesis, the development process of the power components of an inductive charging system is addressed with the conceptual design, layout, simulation and operation strategy. The developed coil systems are embedded in a power electronic system, which is realized with as few components as possible to save space and material costs. ... mehrThis also includes the principle of dispensing with complex measurement technology and replacing it with calculations. The provision of mathematical methods is a central contribution of this work across all topics. Proprietary computational methods are presented for efficient coil design, modeling and condition monitoring during operation. These are verified by experiments in a realistic scenario.