von: Bernd Jäkel, Siemens AG, Digital Industry, Erlangen

Einleitung

Die zunehmende – und auch politisch gewünschte – Verbreitung von elektrisch betriebenen Fahrzeugen erfordert Ideen, wie sich solche Fahrzeuge in einer einfachen und bequemen Art und Weise aufladen lassen. Die derzeit üblicherweise betriebene Variante besteht darin, das Fahrzeug über eine Netzleitung an eine Ladestation anzuschließen. In jüngerer Vergangenheit kamen aber auch Vorschläge zu einem drahtlosen Laden des Fahrzeugs auf, bei dem dann keine galvanische Verbindung zwischen einer Ladestation und dem Fahrzeug mehr notwendig ist, augenscheinlich eine relativ einfache und bequeme Art des Ladens.
Die Technologie der drahtlosen Energieübertragung ist eigentlich nicht neu. Sie wird in privaten Haushalten bereits seit Jahrzehnten eingesetzt, beispielsweise bei Verwendung von Induktionskochfeldern. Der Frequenzbereich, der für die Energieübertragung verwendet wird, liegt dabei typischerweise bei einigen 10 kHz. Auch wenn mit dieser Technologie grundsätzlich die Möglichkeit von Beeinflussungen von Funk- und Radioeinrichtungen oder anderen drahtlosen Kommunikationstechnologien hervorgerufen wird, hat sich die Anzahl von Störfällen als sehr gering erwiesen, was unter anderem daran liegt, dass solche Geräte Grenzwerte für die von ihnen erzeugten Störabstrahlungen einhalten müssen.
Diese Grenzwerte wurden bereits vor langer Zeit abgeleitet und haben sich bei ihrer Anwendung bewährt, allerdings liegen mittlerweile keine Informationen mehr vor, auf welcher Basis und mit welchen technischen Argumenten diese Grenzwerte abgeleitet wurden.
Auch wenn die angewandten Grenzwerte relativ niedrig sind, sind sie für viele Hersteller akzeptabel, und zwar aus einem einfachen Grund: die Höhe der nach außen sich ausbreitenden Störfeldstärken hängen im Wesentlichen von dem Luftspalt zwischen beiden Spulensystemen des Energieübertragungssystems ab, und dieser Luftspalt ist sehr klein im Falle der Platzierung von Töpfen auf Induktionskochherden.
Weitere Anwendungen zur drahtlosen Energieübertragung kamen in jüngster Vergangenheit auf und bestehen beispielsweise im Laden von mobilen Kommunikationseinrichtungen. Die Anwendung aber, die bezüglich der Thematik der elektromagnetischen Verträglichkeit (EMV) die größten Herausforderungen verursacht, ist das Laden von elektrisch betriebenen Fahrzeugen. Dies ist auf mehrere Aspekte zurückzuführen:
Da es umständlich und auch unpraktisch wäre, allzu viele unterschiedliche drahtlose Ladesysteme einzusetzen, beispielsweise für unterschiedliche Fahrzeugmarken, stellt sich zwangsläufig die Frage nach einer Standardisierung solcher Systeme. Dies erfordert, um eine funktionale Verträglichkeit sicherzustellen, dass es Vereinbarungen zur verwendeten Topologie, zur Spulenanordnung aber auch zu den Frequenzen gibt, mit denen die induktive Energieübertragung erfolgen soll.
Bezüglich der EMV ergeben sich damit Probleme bereits auf Grund der Technologie selbst: da für die Energieübertragung ein System bestehend aus Primär- und Sekundärspule benötigt wird, mit den beiden Spulen in einem mehr oder weniger großen Luftspalt oder einer relativen Verschiebung im Vergleich zur optimalen Position angeordnet, resultiert zwangsläufig die Ausbreitung von Streufeldern, sprich Störfeldstärken, aus dieser Anordnung. Deren Amplituden werden umso größer sein, je größer der Luftspalt oder die relative Fehlanordnung der beiden Spulen zueinander ist.
Diese Tatsache verschärfend kommt hinzu, dass bei der Energieübertragung an Leistungen bis zu 22 kW für Personenkraftwagen und wenigen hundert kW beispielsweise für Busse gedacht wird. Als Konsequenz ergeben sich aus diesem Mechanismus der starken Streufelderzeugung nicht nur Probleme zur möglichen Beeinflussung unbeteiligter Betriebsmittel, sondern auch Herausforderungen zur Sicherstellung der Personensicherheit gegenüber diesen elektromagnetischen Feldern.