@phdthesis{,
    author = {Mayr, Tobias},
    title = {Multiphysikalische Auslegung induktiver Ladeeinheiten in Faserverbundkonzepten für die Elektromobilität},
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    keywords = {Induktives Laden, Faserverbund, Multiphysikalisch, Elektromobilität, Optimierung},
    abstract = {Die kabellose Energieübertragung mittels Induktion stellt eine Möglichkeit dar, den Ladevorgang von Elektrofahrzeugen komfortabler zu gestalten. Hierfür müssen eine Kupferspule und ein dahinter angebrachter Ferritkern in den Unterboden des Fahrzeuges integriert werden. Diese Komponenten werden von einem Gehäuse umgeben, an welches eine Vielzahl an Anforderungen gestellt wird. Da metallische Werkstoffe aufgrund ihrer elektromagnetischen Abschirmung in einem großen Teil der Ladeeinheit nicht eingesetzt werden können, wird in dieser Arbeit ein Integrationskonzept mit einem Gehäuse aus faserverstärkten Kunststoffen (FVK) entwickelt und die Einsatzmöglichkeiten leitfähiger Kohlenstofffasern (CF) in diesen Faserverbundlaminaten untersucht. In Grundlagenuntersuchungen zum Verhalten von Faserverbunden im elektromagnetischen Feld wird die Auswirkung unterschiedlicher Laminataufbauten auf die entstehenden Wirbelstromverluste betrachtet. Untersuchungen in einer Helmholtzspule sowie analytische und numerische Rechnungen mittels der Finite-Elemente-Methode (FEM) zeigen, dass der Einsatz von isolierenden Glasfaserlagen zwischen den leitfähigen Kohlenstofffaserlagen die absorbierte Leistung im Material deutlich reduziert. Derartige Faserverbundlaminate können im Gehäuse der Ladeeinheit eingesetzt werden, ohne dass das elektromagnetische Feld und damit die Leistungsübertragung gestört wird. Zusätzlich muss das Gehäuse auch mechanische und thermische Anforderungen erfüllen. Beispielsweise sind eine ausreichend hohe Schubsteifigkeit für die fahrdynamischen Fahrzeugeigenschaften sowie eine hohe Strukturfestigkeit im Falle einer Hindernisüberfahrt nötig. Auch müssen entstehende Verluste in Spule und Ferrit über das Gehäuse abgeführt werden, um thermische Schäden in der Ladeeinheit zu vermeiden. Der Einfluss unterschiedlicher FVK-Aufbauten im Gehäuse auf die Anforderungen wird mittels Experimenten sowie analytischen und FEM-Rechnungen untersucht. Die analytischen Modelle werden anschließend in einem multiphysikalischen Optimierungsmodell zusammengeführt. Dieses zeigt für den Bereich hinter der Spule, dass elektrisch isolierte Lagen aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (CFK) in einem
45°- und -45°-Winkel zwischen Faser und Ferritkante die besten Ergebnisse versprechen. Im direkten Magnetfeld zwischen den beiden Spulen ist ein glasfaserverstärkter Kunststoff (GFK) ohne CFK-Anteil einzusetzen. Abschließend werden zwei Ladeeinheiten in den entwickelten FVK-Konzepten aufgebaut und an einem induktiven Ladeprüfstand vermessen. Es kann eine Leistung von 7,7 kW bei einem Wirkungsgrad des Gesamtsystems von über 88 % übertragen werden. Der Einsatz der entwickelten Faserverbundlaminate mit elektrisch leitfähigen Faserlagen für das Gehäuse einer induktiven Ladeeinheit kann somit bestätigt werden.},
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    school = {Universität der Bundeswehr München},
    
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