Das kabellose Laden eines E-Modellautos. Grundlagen und Experimente

Inhaltsverzeichnis

1. EINLEITUNG

1.1 Stand der Technik

1.1.1 Powermat – Drahtlose Akkuladetechnik

2. GRUNDLAGEN

2.1 Elektromagnetismus

2.2 Magnetische Feldstärke

2.3 Übertragungsarten:

2.3.1 • Kapazitive Kopplung:

2.3.2 • Induktive Kopplung:

2.3.3 • Radiative Kopplung:

2.3.4 • Galvanische Kopplung:

2.4 Funktionsprinzip

2.5 Grundaufbau

3. EXPERIMENTE ZUM PRINZIP DER LUFTSPULEN ÜBERTRAGUNG

3.1 Ladespule

4. ENTWICKLUNG DER SCHALTUNG

4.1 Beschreibung der Dioden

4.2 Primärseite

4.2.1 Beschreibung der wichtigsten Bauteile:

4.3 Sekundärseite

5. TESTS

5.1 Spannungsverläufe bei Last und im Leerlauf

5.2 Deckungsgleichheit der Spulen

5.3 Ladekurve des RC-Auto

6. MECHANISCHER AUFBAU

7. SCHLUSSFOLGERUNGEN

7.1 Anpassung der Resonanzfrequenz

7.2 Automatische Positionierung der Sekundärspule

7.3 Änderung Geometrie der Spule

7.4 Adaptierung des entwickelten Modells für KFZ Elektroautos

Zielsetzung & Themen

Das Hauptziel dieser Diplomarbeit ist die Entwicklung und Realisierung eines Systems zur kontaktlosen Energieübertragung für ein ferngesteuertes Elektro-Modellauto. Dabei wird untersucht, wie mittels Induktion ausreichend Energie übertragen werden kann, um den Akkumulator des Modells effizient zu laden, wobei besonderes Augenmerk auf den Wirkungsgrad, die Kosten und die Benutzerfreundlichkeit gelegt wird.

• Induktive Energieübertragung mittels Lufttransformatoren
• Entwicklung von Primär- und Sekundärschwingkreisen
• Optimierung von Wirkungsgrad und Resonanzfrequenzen
• Konstruktion und Fertigung von Steuerungs- und Regelplatinen
• Integration der Technik in ein ferngesteuertes Elektro-Modellauto

Auszug aus dem Buch

Zusammenfassung der Kapitel

1. EINLEITUNG: Vorstellung des Projekts zur kontaktlosen Ladung eines Modellautos mittels Induktion sowie Definition der Zielsetzung hinsichtlich Leistung und Ladezeit.

2. GRUNDLAGEN: Erläuterung der physikalischen Prinzipien des Elektromagnetismus und der magnetischen Feldstärke sowie eine Übersicht verschiedener Kopplungsarten für die Energieübertragung.

3. EXPERIMENTE ZUM PRINZIP DER LUFTSPULEN ÜBERTRAGUNG: Dokumentation der ersten praktischen Versuche mit einem Lufttransformator zur Demonstration der kontaktlosen Energieübertragung.

4. ENTWICKLUNG DER SCHALTUNG: Beschreibung des technischen Aufbaus von Primär- und Sekundärseite, inklusive Bauteilauswahl wie Dioden, MOSFETs und Treiberschaltungen.

5. TESTS: Detaillierte Darstellung der Messreihen zu Spannungsverläufen, Wirkungsgraden in Abhängigkeit von der Spulenpositionierung und der Ladekurve des Modells.

6. MECHANISCHER AUFBAU: Erläuterung der mechanischen Konstruktion zur Halterung und Positionierung der Komponenten sowie der Integration des Systems in das RC-Auto.

7. SCHLUSSFOLGERUNGEN: Zusammenfassung der Ergebnisse hinsichtlich Wirkungsgrad und Kosten sowie ein Ausblick auf zukünftige Anwendungsgebiete und Optimierungsmöglichkeiten.

Schlüsselwörter

Induktive Energieübertragung, Lufttransformator, Schwingkreis, Resonanzfrequenz, Modellauto, MOSFET, Wirkungsgrad, Bootstrapping, Treiberschaltung, kontaktloses Laden, Magnetfeld, Induktion, Elektronik, Leistungselektronik, Ladespule.

Häufig gestellte Fragen

Worum geht es in dieser Arbeit grundsätzlich?

Die Diplomarbeit befasst sich mit der Entwicklung eines Systems, um ein ferngesteuertes Elektro-Modellauto kontaktlos und somit kabellos aufzuladen.

Was sind die zentralen Themenfelder?

Zentrale Themen sind die induktive Energieübertragung über Lufttransformatoren, der Aufbau von Schwingkreisen zur Resonanzoptimierung sowie die Entwicklung der entsprechenden Leistungselektronik.

Was ist das primäre Ziel oder die Forschungsfrage?

Das Ziel ist es, durch Anfahren einer definierten Parkfläche eine Leistung von mindestens 2 Watt kontaktlos zu übertragen, um den Akkumulator des Modellautos ohne manuelle Kabelverbindung zu laden.

Welche wissenschaftliche Methode wird verwendet?

Die Arbeit kombiniert theoretische Grundlagen zur elektromagnetischen Induktion mit empirischen Versuchsreihen, bei denen Oszilloskope und Multimeter zur Vermessung von Spannungen, Strömen und Wirkungsgraden eingesetzt werden.

Was wird im Hauptteil behandelt?

Der Hauptteil umfasst die Entwicklung der Primär- und Sekundärschaltungen, die Auswahl geeigneter Bauteile (Dioden, MOSFET-Treiber), den mechanischen Aufbau sowie die systematische Testphase unter verschiedenen Bedingungen.

Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Arbeit?

Die Arbeit lässt sich durch Begriffe wie induktive Energieübertragung, Lufttransformator, Resonanzfrequenz, Wirkungsgrad und kontaktloses Laden beschreiben.

Welchen Wirkungsgrad konnte das Team bei optimaler Ausrichtung erreichen?

Bei einer optimalen Lage des Autos zur Ladespule konnte ein Wirkungsgrad von 54 % gemessen werden.

Wie lange dauert der Ladevorgang des Akkumulators?

Der Ladevorgang des Akkumulators im Modellauto benötigt in der realisierten Konfiguration ca. 3 Stunden.