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KABEL ADE

Energieübertragung mit Wireless Power Transfer – aber die EMV muss stimmen

Bei wem ist es nicht so, dass die Anzahl der Kabelverbindungen im Haus immer mehr zunimmt, und wer würde es nicht begrüßen, wenn der „Kabelsalat“ minimiert werden könnte? Es gibt inzwischen eine Vielzahl an Bestrebungen, auch zur Energieversorgung von Geräten auf das Kabel zu verzichten, indem elektrische Energie drahtlos übertragen wird. Manche Mobiltelefone, Haushaltsgeräte wie z. B. Rasierapparate oder elektrische Zahnbürsten, aber auch größere Nutznießer wie z. B. Elektrofahrzeuge, Busse oder Straßenbahnen wenden bereits die neue Technologie an, bei der Leistung mit Hilfe von elektromagnetischen Feldern übertragen wird.

Kabel

Weitere Anwendungen stehen in den „Startlöchern“, und auch im Bereich der Industrie wird die drahtlose Energieübertragung – englisch wireless power transfer – zur Versorgung von Geräten und Einrichtungen genutzt werden. Während nun der Haushalt auf der einen Seite um „ein paar Kabel entlastet“ wird, hat es mit der drahtlosen Energieübertragung im Bereich der E-Fahrzeuge noch eine andere Bewandtnis: So gibt es Szenarien, denen zufolge die Batterie eines Fahrzeugs geladen wird, während es z. B. an einer Ampel wartet. Ganz kühne Modelle entwerfen das Laden einer Fahrzeugbatterie beim Vorbeifahren mit Hilfe entsprechend starker, kurzzeitiger elektromagnetischer Impulse. Damit inbegriffen ist die Hoffnung, die bisher begrenzte Reichweite der E-Fahrzeuge zu erhöhen, ohne dass eine Stromtankstelle angesteuert und die Zeit, die das Laden einer Fahrzeugbatterie zurzeit noch benötigt, in Kauf genommen werden muss.

Wie funktioniert die drahtlose Energieübertragung?

Bei allen Möglichkeiten der drahtlosen Energieübertragung wird Energie von einem Sender, z. B. einer Ladestation, durch elektromagnetische Felder übertragen und von einem Empfänger, mit dem das zu ladende Gerät oder Fahrzeug ausgerüstet ist, empfangen. Das Laden kann induktiv oder kapazitiv erfolgen, d. h. im ersten Fall wird durch ein magnetisches Wechselfeld ein Strom in einer Empfangsspule beim Empfänger induziert, der anschließend gleichgerichtet und dem Gerät als Versorgungsstrom zugeführt wird. Hierbei findet die Energieübertragung im Regelfall über kurze Distanzen, d. h. im Nahfeldbereich statt und kann einen vergleichsweise hohen Wirkungsgrad von bis zu 90 % erreichen. Beim kapazitiven Laden wiederum wird ein elektrisches Feld zwischen zwei Metallplatten aufgebaut, die als zwei Hälften eines Kondensators fungieren und Energie über den Zwischenraum zweier Platten übertragen. Übertragungen über größere Entfernungen sind, unter Verwendung von elektromagnetischen Wellen oder Lichtwellen, ebenfalls möglich. In Abhängigkeit von ihrem Zweck wird die drahtlose Energieübertragung durch eine zusätzliche, ebenfalls drahtlose, Kommunikation ergänzt. Sie reicht von einer einfachen Übertragung von Steuersignalen bis hin zu umfangreicheren Informationen, die z. B. Verbrauchs- und Abrechnungsdaten beinhalten.

Eine funktionierende drahtlose Energieübertragung bedarf einiger technischer und organisatorischer Voraussetzungen (Interoperabilität der Systeme, elektrische Sicherheit etc.), zu der auch die Sicherstellung der elektromagnetischen Verträglichkeit (EMV) gehört. Es ist zu beachten, dass das elektromagnetische Frequenzspektrum für eine Nutzanwendung in Anspruch genommen wird, in der z. B. auch Rundfunk- und Funkdienste betrieben werden, die nicht gestört werden dürfen. Das bedingt, die Festlegung geeigneter Grenzwerte für die Abstrahlung samt der zugehörigen Mess- und Nachweisverfahren festzulegen.

Die internationale Norm CISPR 11, die Grenzwerte für die elektromagnetische Emission von Hochfrequenzgeräten enthält, gilt hier als Leitlinie für die EMVNormung. Ihre Grenzwerte wurden auch z. B. in der Norm über allgemeine Festlegungen für Ladestationen für Elektrofahrzeuge zitiert. Das international zuständige Unterkomitee ist zurzeit dabei, spezifische Festlegungen zur Begrenzung der Störaussendung von Einrichtungen der drahtlosen Energieübertragung zu erarbeiten, die in eine zukünftige Edition der CISPR 11 implementiert werden. Die Normen zur EMV von Einrichtungen der drahtlosen Energieübertragung stehen auch bereit, um regulatorische Anforderungen an diese Einrichtungen und Systeme zu unterstützen.

Kontakt
Bretz, Klaus-Peter
+49 69 6308-220
klaus-peter.bretz@vde.com