Wi2M: Effizientes drahtloses Laden mit mehreren Spulen und intelligentem Dual-Mode-Sender-Relais-Design

• Antragstellerin: Professorin Dr.-Ing. Ghada Bouattour, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Elektrische Energiesysteme, Power Management, Leistungselektronik, elektrische Maschinen und Antriebe ; Hardwaresysteme und -architekturen für die Informationstechnik und die Künstliche Intelligenz, Quantentechnische Systeme
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 567823957

Das planare drahtlose Laden mit mehreren Spulen ist eine fortschrittliche Energieübertragungstechnologie, die eine effiziente Energieübertragung durch elektromagnetische Induktion ermöglicht. Dieses System verbessert den Ladevorgang durch eine größere und flexiblere Ladefläche, die eine verbesserte Ausrichtungstoleranz und eine schnellere Stromversorgung ermöglicht. Durch die Integration mehrerer Spulen unterstützt es das gleichzeitige Laden mehrerer Geräte und verkürzt die Ladezeiten im Vergleich zu herkömmlichen Systemen mit einer Spule. Diese Flexibilität wird durch den Einsatz mehrerer Senderspulen oder Relaisspulen (Resonatorspulen) erreicht, die aus einer Induktionsspule in Kombination mit Kondensatoren bestehen. Diese Relaisspulen helfen dabei, das Streumagnetfeld zu nutzen und das System auf eine Resonanzfrequenz für eine effiziente Energieübertragung abzustimmen. In einem planaren Mehrspulen-Ladesystem kann das Magnetfeld einer aktiven Senderspule in der Regel inaktive Spulen in der Nähe beeinflussen, was zu Streuverlusten führt, die durch Relaisspulen ausgeglichen werden können. Ein solches System bietet jedoch keine dynamische Steuerung der Hauptsenderspule und der Relaisspulen, da es keine Schaltkreise gibt, die einen Dual-Mode-Betrieb bei hohen Frequenzen unterstützen. Wir schlagen ein neuartiges Dual-Mode-Mehrspulensystem mit Sender und Relais für batterielose Geräte vor, das einen Hochfrequenz-H-Brücken-Wechselrichter mit Resonanztopologie sowohl für den Sender- als auch für den Relaismodus umfasst, als einen bisher nicht untersuchten Ansatz. Während Resonanztopologien für Senderspulen untersucht wurden, sind sie für Relaisspulen noch unerforscht. Unsere Untersuchungen befassen sich mit der Frequenzaufteilung durch Spulenüberkopplung durch innovatives Resonanzdesign und eine intelligente Aktivierungsstrategie, die auf Lastimpedanz und Empfängerposition basiert. Dieses System erkennt den Empfängerstandort und aktiviert geeignete Sende- und Relaisspulen auf der Grundlage genauer Kopplungsfaktormodelle, um eine Frequenzaufteilung zu verhindern. Dieser neuartige Ladeansatz bietet erhebliche Vorteile für Unterhaltungselektronik, Elektrofahrzeuge und andere drahtlose Stromversorgungsanwendungen. Trotz der hohen Nachfrage ist die Umsetzung effektiver Mehrspulen-Versorgungssysteme nach wie vor eine Herausforderung. Wir werden unseren Ansatz an einem batterielosen 10-Watt-System testen, das für großflächiges Laden, Effizienzausgleich, Anpassungsfähigkeit und Rechenanforderungen ausgelegt ist. Die Technologie ist vielversprechend für verschiedene Anwendungen, darunter Industriewerkzeuge, Sensoren und Unterhaltungselektronik.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen