Bosch Wireless Charging System

24.05.2014

Weltneuheit: Bosch lädt Akkus kontaktlos

Mit dem „Wireless Charging System“ will Bosch die Vorteile induktiven Ladens erstmals bei Akkuwerkzeugen einsetzen.
Frau Prof. Dr.-Ing. Nejila Parspour von der Universität Stuttgart erklärt das Prinzip der drahtlosen Energieübertragung.
So sieht die technische Umsetzung bei Bosch aus.
Das „Wireless Charging System“ besteht aus einem speziellen Akkupack, einem Ladegerät und einem aufsteckbaren Rahmen.
Befindet sich der Akkupack auf dem Ladegerät, kommuniziert die Elektronik des Laders mit der im Akkupack.
Der aufsteckbare Rahmen kann für Akkuwerkzeuge benutzt werden, die nicht von allein auf der Grundfläche des Akkupack stehen ...
... oder als Wandhalterung.
Das Ladegerät kann auch in einen Arbeitstisch eingebaut und wie hier mit einer Plexiglasplatte (max 2 mm Dicke) abgedeckt werden.
Weitere Ladegerät-Varianten für stationäre oder mobile Einsätze, ja sogar im Werkstattwagen sollen folgen. Fotos: Bosch, H.-A. Losch

Auf dem „Cordless Technology Summit 2014“ präsentierte Bosch am 19. Mai 2014 in Berlin sein neues Ladesystem für Akkuwerkzeuge. Das „Wireless Charging System“ ermöglicht kontaktloses Laden. Der Akkupack muss nicht mehr ins Ladegerät gesteckt werden. Es genügt, die Maschine samt Akku oder auch nur den Akkupack auf das Ladegerät des „Wireless Charging Systems“ zu stellen.

Damit ist Bosch der erste Anbieter, der die induktive Energieübertragung bei Akkuwerkzeugen nutzbar macht. Mit der Einführung des „Wireless Charging Systems“ will Bosch eine neue Dimension der Ladetechnik und neue Wege zum effizienten, kosten- und zeitsparenden Arbeiten mit Akkuwerkzeugen eröffnen. „Wir sind davon überzeugt, mit dieser Pionierleistung ebenso erfolgreich sein zu können, wie mit der erstmaligen Integration von Lithium-Ionen-Zellen in einen Akkuschrauber ‒ einer Technik, die man vor 2003 nur aus Handys kannte und mit der mittlerweile aber 83 Prozent aller handgehaltenen Akkuwerkzeuge in Europa ausgestattet sind“, erklärt Henk Becker, Mitglied des Bereichsvorstands von Bosch Power Tools, den Innovationsvorstoß.

Den Startschuss für das „Wireless Charging System“ gibt Bosch im Herbst 2014. Dann sollen das Akku-Ladegerät GAL 1830 W Professional und der 18 Volt Lithium-Ionen-Akku GBA 18 V 2,0 Ah MW-B Professional auf den Markt kommen. Bosch kündigte an, das „Wireless Charging System“ langfristig um weitere Systemkomponenten zu ergänzen.

Das Funktionsprinzip

Die Grundlage der neuen Ladetechnik, die viele bereits von elektrischen Zahnbürsten kennen, ist eine kontaktlose Energieübertragung: In einem Sender wird mit Hilfe einer Spule ein magnetisches Wechselfeld erzeugt. Der Empfänger enthält ebenfalls eine Spule. Diese wird von dem magnetischen Wechselfeld durchdrungen. So wird eine Spannung induziert und ein Stromfluss erzeugt. Auf der Präsentation in Berlin erklärt Frau  Prof. Dr.-Ing. Nejila Parspour, Institutsleiterin des Instituts für Elektrische Energiewandlung der Universität Stuttgart, das Prinzip der drahtlosen Übertragung elektrischer Energie. Die Effizienz der drahtlosen Energieübertragung ist abhängig vom Stromfluss, der Frequenz, dem Abstand der beiden Spulen sowie der Blindleistungskompensation.

In der Praxis des „Wireless Charging Systems“ sendet das Ladegerät  ein magnetisches Feld aus, das von einer Spule im Akkupack empfangen und in Ladestrom umgewandelt wird. Die dabei übertragene Leistung soll mehr als 50 Mal größer sein als bei den elektrischen Zahnbürsten (ein Watt), um vergleichbare Ladezeiten wie bei gängigen Ladegeräten für Akkuwerkzeuge zu erzielen. Der Ladestrom beträgt etwa drei Ampere, die Leistung maximal 50 Watt.

Diese vergleichsweise hohe Leistung stellt einige Heraus­forderungen. Beispielsweise muss es erkannt werden, wenn sich fremde Objekte im Bereich des Energietransfers befinden, damit diese nicht aufgeheizt werden. Eine weitere Aufgabe besteht darin, beim induktiven Laden die gleiche Leistung zu garantieren, die Standard-Ladegeräte bieten.

Das Ladegerät

Das Ladegerät besteht aus einem Kunststoff-Gehäuse, in dem die Primärspule, eine sogenannte Leistungselektronik und eine Elektronik für die Kommunikation mit dem Akku untergebracht sind. Das Prinzip des kontaktlosen Ladens erlaubt es, dieses Gehäuse geschlossen und ohne jede Lüftung auszuführen. Dadurch ist es besonders robust und hält selbst härtesten Anforderungen stand. Die Primärspule generiert das Magnetfeld für den Energietransfer und ermöglicht die Kommunikation zwi­schen Ladegerät und Akku. Die Leistungselektronik liefert den Wechselstrom, der das Magnetfeld in der Spule induziert. Zur Kommunikation zwischen Ladegerät und Akku modulieren wir das Magnetfeld. Der Akku kann Kommandos wie „Start“ oder „Stoppe den Ladevorgang“ an das Ladegerät übermitteln. Sogar umfangreichere Rückmeldungen wie „Reduziere die transpor­tierte Leistung auf einen bestimmten Wert“ können übertragen werden. Die Elektronik im Ladegerät verarbeitet alle Daten, die der Akku meldet. Zudem erkennt sie, ob sich ein Objekt in der Nähe des Leistungstransferbereichs befindet.

Der Akkupack

Der Akku besteht aus einem wärmeleitfähigen CoolPack-Gehäuse, der Sekundärspule, einem Gleichrichter mit Lade­stromkreis, den Akkuzellen und der Kommunikationselektronik. Durch sein Design bietet er alle bekannten Vorteile eines her­kömmlichen CoolPack-Akkus. Das im Ladegerät erzeugte Magnetfeld induziert einen Wechselstrom in der Sekundärspule des Akkus. Dieser Wechselstrom wird gleichgerichtet und als Ladestrom für die Hochleistungs-Akkuzellen eingesetzt. Der Akkupack des „Wireless Charging Systems“ ist etwa so groß wie die bisherigen Akkupacks mit 4,0 oder 5,0 Ah, aber zirka 100 Gramm leichter (zirka 100 Gramm schwerer als die bisherigen 2,0 Ah-Akkupacks).

Der Ladeprozess

Wenn alle zwischen Ladegerät und Akku kommunizierten Informationen den Erfordernissen entsprechen, startet der Ladevorgang. Dazu sendet der Akku als Startsignal eine Iden­tifikations-Sequenz an das Ladegerät. Das Ladegerät prüft kontinuierlich seine Umgebung und stoppt den Vorgang, wenn es metallische Objekte im Bereich des Leistungstransfers ent­deckt, die aufgeheizt werden könnten. Es passt das Leistungs­niveau während des Ladens kontinuierlich für optimale Lade­bedingungen an und stoppt den Ladevorgang sofort, wenn der Akku voll geladen ist.

Vorteile des „Wireless Charging Systems“

Bei stationären Anwendungen in der Industrie, etwa im Möbelbau, in der Elektroindustrie oder im Fahrzeugbau, zahlt sich die kontaktlose Energieübertragung am ehesten aus. Sie ist günstiger als herkömmliche Ladesysteme, denn man braucht weder einen zweiten Akku noch teure industrielle Ladestationen.

Hier soll das „Wireless Charging System“ ´von Bosch den Anwendern weitere Vorteile bieten:
• Höhere Nutzerfreundlichkeit und Produktivität, weil die Akkus am Gerät verbleiben und während jeder Arbeitsunterbrechung auf der Ladestation abgestellt und so geladen werden können. Das Laden wird ganz selbstverständlich in den Arbeitsablauf integriert. Das Ergebnis: immer einsatzbereite Werkzeuge.
• Die induktiven Akkus einer Volt-Klasse sind weiterhin mit allen Geräten dieser Klasse kompatibel.
• Sehr robuste Ladestationen, die keine Kontaktstellen mehr haben und deshalb unempfindlich gegenüber Wasser, Staub und Schmutz sind.

Das Starterpaket

Mit dem Ladegerät GAL 1830 W Professional und dem Akku GBA 18 V 2,0 Ah MW-B Professional startet Bosch die neue Ära des „Wireless Charging Systems“. Das Ladegerät ist besonders kompakt und soll das derzeit kleinste im Markt erhältliche Ladegerät für 18 Volt Lithium-Ionen-Akkus sein. Es verfügt ebenso wie der Akku über eine „Wireless Intelligence“. Diese Elektronik sorgt für eine Kommunikation zwischen Ladegerät und Akku, startet den Ladeprozess und passt ihn an den aktuellen Zustand des Akkus an. Somit wird sichergestellt, dass der Akku immer optimal im jeweiligen Temperaturbereich geladen wird und eine lange Lebensdauer hat. Zur Systemlösung gehört außerdem ein Rahmen, der sich besonders für stationäre Anwendungen eignet. Er kann an Werkbänken, Regalen oder anderen Arbeitsflächen montiert werden und bietet eine flexible aber sichere Halterung für Ladegerät, Akku und Werkzeug.

Die drahtlose Ladetechnik soll nicht teurer sein, als die bisherige. Ein konkreter Preis für das ab Herbst 2014 lieferbare Set aus Ladegerät und einem Akkupack wurde aber bisher noch nicht genannt.

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