Die Technologie der kontaktlosen Energieübertragung bietet eine attraktive Alternative zu kabelgebundenen Ladesystemen. Die kontaktlose Energieübertragung wird dabei in der Konsumelektronik, der Medizintechnik und auch bei Industrielösungen bereits vielfach eingesetzt. Durch die stetige Weiterentwicklung dieser Technologie werden Übertragungsleistungen in einer Höhe erreicht, die auch für den Einsatz in Fahrzeugen mit elektrifiziertem Antriebsstrang wegweisend sein werden. Die meisten OEMs haben die potentielle Schlüsselrolle der kontaktlosen Ladetechnik erkannt und entwickeln zusammen mit ihren Lieferanten erste Lösungsansätze mit dem Ziel in den nächsten Jahren serienreife Produkte auf den Markt zu bringen. Bis 2020 werden dabei von Marktforschungsinstituten bereits signifikante Stückzahlen für CPT Systeme vorausgesagt. Für eine umfassende Markteinführung von kontaktlosen Energieübertragungssystemen existieren allerdings noch Barrieren, die es zu überwinden gilt. Diese betreffen neben den Herausforderungen in der Standardisierung und Interoperabilität insbesondere die hohe Unsicherheit hinsichtlich der Auswahl geeigneter Anwendungsfelder sowie die zunächst noch hohen Kosten der CPT Systeme. Ziel der vorliegenden Arbeit ist es daher zum einen die Planungsunsicherheit durch die Entwicklung geeigneter simulationsbasierter Planungsmethoden zu reduzieren und zum anderen die Realisierung kosteneffizienter und zuverlässiger CPT Systeme durch die Entwicklung geeigneter Produktions- und Prüfverfahren zu fördern. Dazu werden zunächst die verschiedenen Anwendungsbereiche für statische und dynamische CPT Systeme mit ihren Vorteilen und Möglichkeiten präsentiert und diskutiert. Für eine detaillierte Bewertung verschiedener Anwendungsbereiche wurde ein simulations-basierter Ansatz (ETEV/SIM) auf Basis von Methoden der Digitalen Fabrik entwickelt und erfolgreich verifiziert. Dieser Ansatz ermöglicht vorab eine fundierte Analyse unterschiedlicher Einsatzfelder für die kontaktlose Energieübertragung. Der entwickelte Lösungsansatz basiert auf der automatisierten Durchführung zahlreicher Simulationsläufe und liefert potentiellen Anwendern von CPT Systemen die Grundlage in einer frühen Planungsphase auch komplexe Szenarien zuverlässig simulieren und berechnen zu können. Die Unsicherheit bei der Planung von CPT Systemen kann dadurch insbesondere für flottenbetriebene Elektrofahrzeug-Szenarien reduziert werden, was die Akzeptanz und zukünftige Verbreitung dieser Technologie fördert. Inwiefern sich die kontaktlose Ladetechnologie am Markt durchsetzen kann, hängt zudem von den realisierbaren Kosten für die Systeme ab. Im Wettbewerb zwischen potentiellen Lieferanten der CPT Systeme sind insofern neben produktseitigen Entwicklungskompetenzen vor allem detaillierte Prozesskenntnisse zur Erreichung der angestrebten Funktionalität, Qualität und Kostenstruktur erforderlich. Dazu wurden im Rahmen der vorliegenden Arbeit Produktionsansätze für CPT Systeme basierend auf flexiblen robotergestützten Montage- und Handhabungs-Technologien entwickelt und implementiert. Die Ansätze erlauben die umfassende Reflektion derzeit diskutierter komplexer Spulen- Geometrien aus Prozess- und Material-Perspektive. Zudem werden die speziellen Herausforderungen adressiert, die bei der Integration von CPT Systemen im Fahrzeugunterboden entstehen (insbesondere thermische und mechanische). Ein automatisierter Prüfstand zur detaillierten Untersuchung material- und prozessbezogener Aspekte über den gesamten Produktlebenszyklus wurde entwickelt und realisiert. Dieser ermöglicht die fundierte Analyse der vielfältigen Wechselwirkungen in komplexen Pad-Systemen (Mehrspulen-Systeme, integrierte Elektronik, etc.) und Unterbodenkonfigurationen. Zudem ermöglicht der Ansatz die systematische Analyse alternativer Fertigungsverfahren bzw. alternativer Materialien, sowie möglicher Fehlerzustände im Fahrzeuglebenszyklus, um Verbesserungsmöglichkeiten für eine kontinuierliche Reduktion von Produktionskosten, Gewicht und Volumen ableiten zu können. Die in dieser Arbeit vorgestellten Ansätze liefern somit eine Basis zur Entwicklung leistungsgesteigerter CPT Systeme für anspruchsvolle Automotive-Anwendungen.


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    Title :

    Planning and production concepts for contactless power transfer systems for electric vehicles


    Contributors:

    Published in:

    Publication date :

    2014


    Size :

    185 Seiten, Bilder, Tabellen, 220 Quellen




    Type of media :

    Theses


    Type of material :

    Print


    Language :

    English