Verbundprojekt: ADVANTAGE - Automatische induktive Ladung von autonomen Elektrofahrzeugen in Logistik und Verkehr

Abstract

Die Zukunft des Verkehrs wird durch autonome, elektrisch betriebene Fahrzeuge geprägt, die in städtischen Personentransportszenarien sowie in der Logistik Anwendung finden. Vollständig autonome Fahrlösungen versprechen eine gesteigerte Zuverlässigkeit, Sicherheit, Kosteneffizienz und Umweltfreundlichkeit. Autonomes Fahren mit dem automatischen Laden von Fahrzeugbatterien zu kombinieren ist daher die logische Schlussfolgerung. Eine Schlüsseltechnologie bildet dafür das induktive Laden ohne Kabel und Stecker. Das Projekt ADVANTAGE zielte darauf ab, ein System für vollautomatisches, induktives Laden von Fahrzeugen zu entwickeln, das eine präzise Positionierung, Interoperabilität und eine sichere Energieübertragung gewährleistet. Ergänzend sollte ein innovatives Energie- und Flottenmanagement die Effizienz des Ladeprozesses steigern und die Netzauslastung optimieren. Im Rahmen des Projekts wurde eine Lösung für autonomes induktives Laden erfolgreich erforscht, entwickelt und demonstriert. Es umfasst eine präzise Positionierungslösung, die das Fahrzeug automatisch in die optimale Ladeposition navigiert, sowie ein induktives flurbündiges Ladesystem mit Ladeleistungen von 11 kW für 48 V-Batterien. Ladeleistungen bis 22 kW und Batteriespannungen bis 80 V sowie bidirektionaler Energieaustausch wurden simulativ vorgesehen. Das System wurde magnetisch interoperabel mit dem PKW-Segment nach der Norm IEC 61980 konzipiert, was die Einführung standardisierter Ladeinfrastrukturen unterstützt. Die entwickelte Unterbodeneinheit kombiniert fortschrittliche Technologie mit einem robusten Design für den öffentlichen Einsatz. Sie umfasst eine widerstandsfähige Ladeschutzeinhausung, ein integriertes aktives Ventilationssystem sowie eine effektive Schmutz-, Wasser- und Lufttrennungssektion. Ergänzt wird die Einheit durch ein robustes LED-Signalkonzept zur Anzeige des Ladezustands. Die Integration der induktiven Ladebaugruppen in die Unterbodeneinheit wurde erfolgreich abgeschlossen, wodurch eine zuverlässige und wartungsarme Lösung für den Einsatz im Straßenraum geschaffen wurde. Für die Positionierung des Fahrzeugs wurde ein zweistufiges System entwickelt: ein Navigationssystem für die Grobpositionierung basierend auf Fahrzeugsensorik (Lidar, Odometrie) sowie ein induktives System für die präzise Feinpositionierung über die Infrastruktureinheit. Das Vorhaben wurde im Themenbereich Energie- und Flottenmanagement in mehreren Aspekten wissenschaftlich begleitet. Zum einen wurde der Anwendungsbezug der entwickelten Ladeinfrastruktur, besonders mit dem Fokus auf einem Einsatz im ÖPNV herausgearbeitet. Zum anderen wurden mögliche Einsatzszenarien untersucht und die Potentiale für Effizienzsteigerungen dargestellt. Zuletzt wurden die durch die Lösung ermöglichten wirtschaftlichen sowie ökologischen Potentiale hinsichtlich der Integration in lokale und regionale Energiesysteme analysiert. Dazu wurde das Gesamtsystem, bestehend aus Fahrzeugen, Ladeinfrastruktur, und den Einsatz- und Umgebungsbedingungen wie Temperatur, Fahrtanfragen und Technischen Schnittstellen modellhaft in einer Softwareumgebung abgebildet. Das Konsortium des Projektes ADVANTAGE hat in allen Zielstellungen erfolgreich Erkenntnisse gewonnen und diese sowohl am Abschluss des Projekts demonstriert, als auch in die Entwicklung am Standort Deutschland eingebracht. Weiterhin wurden Forschungsergebnisse im akademischen Kontext zur allgemeinen Verfügung publiziert. Datei-Upload durch TIB The future of transportation is shaped by autonomous, electrically powered vehicles, which are increasingly utilized in urban passenger transport and logistics scenarios. Fully autonomous solutions promise enhanced reliability, safety, cost efficiency, and environmental sustainability. Combining autonomous driving with automatic battery charging is a logical progression, with inductive, cable-free charging serving as a key enabling technology. The ADVANTAGE project aimed to develop a system for fully automated inductive vehicle charging, providing precise positioning, interoperability, and secure energy transfer. Additionally, an innovative energy and fleet management system was designed to enhance charging efficiency and optimize grid utilization. As part of the project, a solution for autonomous inductive charging was successfully researched, developed, and demonstrated. It includes a precise positioning system that automatically navigates vehicles to the optimal charging position, along with a flush-mounted inductive charging system offering 11 kW for 48 V batteries. Charging capabilities of up to 22 kW and 80 V batteries, as well as bidirectional energy exchange, were simulated. The system was designed to be magnetically interoperable with passenger vehicles according to IEC 61980 standards, supporting the adoption of standardized charging infrastructure. The developed underbody unit combines advanced technology with a robust design tailored for public use. It features a durable charging enclosure, an integrated active ventilation system, and effective separation mechanisms for dirt, water, and air. The unit is complemented by a robust LED signaling system to display charging status. The integration of inductive charging components into the underbody unit was successfully completed, creating a reliable, low-maintenance solution for roadside deployment. A two-stage vehicle positioning system was developed, comprising a navigation system for coarse positioning based on vehicle sensors (Lidar, odometry) and an inductive system for precise fine positioning over the infrastructure unit. The project was scientifically supported in the area of energy and fleet management, focusing on several aspects. First, the practical applicability of the developed charging infrastructure, particularly in public transportation, was analyzed. Additionally, potential use cases were explored, highlighting efficiency gains in respective deployment areas. Lastly, the economic and ecological potential enabled by the solution, particularly its integration into local and regional energy systems, was assessed. This involved a model-based representation of the overall system, including vehicles, charging infrastructure, environmental conditions, operational demands, and technical interfaces, within a software simulation environment.