Was bei kleinen Elektrogeräten wie Mobiltelefonen oder Zahnbürsten bereits funktioniert, soll bald auch für Elektroautos möglich sein: kabelloses Laden mit Hilfe induktiver Energieübertragung. Gemeinsam mit Partnern aus Wissenschaft und Industrie haben Forscher des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) in Stuttgart im Kontext des Projekts BIPoLplus die dazu benötige Technologie untersucht.
„Induktives Laden ermöglicht es, das Elektroauto auf der Ladespule zu parken und die Batterie lädt sich dann von selbst auf. Das macht den Ladevorgang wesentlich komfortabler und praktischer“, fasst Bastian Mayer zusammen, der das Projekt am DLR-Institut für Fahrzeugkonzepte betreut hat. Der Nutzer muss Kabel und Stecker nicht mehr dabei haben und von Hand anschließen.
Vor allem an öffentlichen Stromtankstellen entfällt die durch das Kabel entstehende Stolperfalle, schmutzige beziehungsweise beschädigte Kabel sind künftig kein Thema mehr. Induktives Laden kann so dazu beitragen, die Akzeptanz alternativer Antriebe auf Batteriebasis beim Verbraucher zu erhöhen.
Interessant ist die Technologie auch im Kontext des automatisierten Fahrens: Wird der Fahrer zum Passagier und nimmt wie beim Taxifahren eine Dienstleistung in Anspruch, will er sich nicht darum kümmern, wie und wo ein Fahrzeug aufgeladen wird. Das automatisierte Fahrzeug findet die Ladespule von selbst und parkt sich, wie bereits heute schon technisch möglich, automatisch auf der Spule.
Stromübertragung mittels Spezialspulen
Notwendig sind dafür eine Infrastruktur und eine Fahrzeugelektronik, ähnlich wie beim kabelgebundenen Laden, sowie zwei spezielle Spulen, eine im Boden, die andere auf der Unterseite des Fahrzeugs. Zwischen den beiden Spulen wird mittels eines magnetischen Wechselfelds Strom berührungslos übertragen und die Batterie geladen. Technisch möglich sind ein Abstand von mehr als zehn Zentimetern zwischen den beiden Spulen und eine Ladeleistung von über zwanzig Kilowatt, was dem heutigen Stand einer Wechselstrom-Schnellladung mit Kabel entspricht. Wettereinflüsse wie Schnee und Regen machen dem System nichts aus. Ein kleineres Elektroauto, wie zum Beispiel ein E-Smart, kann damit in 45 Minuten vollständig geladen werden.
Privatanwender sollen in Zukunft die Möglichkeit haben, solche Systeme in der Garage oder im Stellplatz zu integrieren. Interessant sind induktive Lademöglichkeiten auch im öffentlichen Raum: Sie werden sich preislich in der gleichen Kategorie wie Ladesäulen befinden, weitestgehend unsichtbar sein und nicht stören, weil sie flach im Boden verbaut werden können. Zudem können sie als zusätzlicher Service für Kunden angeboten werden, die ihr Auto abstellen, um zum Beispiel im Supermarkt einkaufen zu gehen.
Exaktes Parken notwendig für hohen Wirkungsgrad
Bevor induktives Laden flächendeckend Einzug in den Alltag halten kann, gilt es noch einige Fragen zu beantworten: Wie exakt müssen die Spulen übereinander positioniert sein, um möglichst effizient laden zu können, sprich wie genau muss der Fahrer oder das automatisierte Parksystem einparken? Wie viel Wärme entsteht beim Ladevorgang und muss das System eventuell gekühlt werden? Wie bringt man die Spule am besten im Fahrzeug unter? Und welche Sicherheitsaspekte müssen berücksichtigt werden, zum Beispiel wenn Gegenstände oder Lebewesen ins Magnetfeld geraten? Ebenfalls darf ein solches System auf keinen Fall Herzschrittmacher oder schlüssellose Entriegelungssysteme beeinflussen.
Auf einem eigens für das Projekt entwickelten Teststand haben die DLR-Wissenschaftler diverse Fehlstellungen beim Parken auf der Ladespule untersucht. „Um möglichst effizient laden zu können, sollten beide Spulen exakt übereinander positioniert sein. Unsere Tests ergaben, dass ein kleiner Versatz von rund zehn Zentimetern sich nicht signifikant auf den Wirkungsgrad auswirkt. Darüber hinaus nimmt allerdings die Ladeeffizienz von den im Bestpunkt möglichen 91,5 Prozent deutlich ab“, fasst Mayer zusammen.
Ähnliche Resultate zeigte die Untersuchung, wie sich der Abstand der beiden Ladespulen auswirkt. Dieser wird maßgeblich durch die modellbedingte Bodenhöhe, die konstruktive Unterbringung der fahrzeugseitigen Spule im Unterboden und die jeweilige Zuladung des Fahrzeugs bestimmt.
Weiterhin haben die DLR-Forscher die Wärmeentwicklung beim Ladevorgang in Abhängigkeit von der Spulengröße betrachtet: „Bei einer Ladeleistung von 22 Kilowatt und den heutigen Batteriegrößen ist noch keine aktive Kühlung der Fahrzeugspule notwendig. Das kann sich allerdings schnell ändern, wenn die Fahrzeugspulen in Zukunft kleiner und leichter werden oder die Ladeleistung über 22 Kilowatt gesteigert wird“, so der DLR-Ingenieur.
Hans-Peter meint
Forschungsabteilungen müssen eben forschen. Sollen sie das doch tun. Frage wird sein, was das bringen soll. Ob ich jetzt das Kabel von der Garagenwand nehme und ins Auto steckt, oder die ganze Garage aufreissen lassen, Kabel verlegen lassen und und und und…
Die Idee mag gut sein für Taxi Stand – wobei man selbst dort 50 Meter lang diese Spulen verlegen müsste. Ein lustiges Gimmik…
Den meisten wäre schon 1.000x besser geholfen im Supermarkt gäbs Ladesäulen mit festen Kabeln und ausreichende Stellplätze. Dort steht der Wagen eh min. 30 Minuten rum, und mit gängiger Technik bekommste damit jede E Karre wieder voll.
Aber lasst die Jungs und Mädels ruhig fooorschen.
Markus meint
Unter Laborbedingungen wird die Induktivladung wohl schon zufriedenstellend funktionieren. Weitreichende Praxistests fehlen jedoch. Der Einsatz im Alltagsbetrieb wird ja nicht nur durch (Labor-)Wasser und Eis erschwert.
Salzwasser z.B. ist elektrisch leitend und kann solche Kreise bereits ordentlich bedämpfen. Verschmutzte Unterboden, evtl. notwendige zusätzliche Beläge auf den Spulenplatten, Alles wird den Wirkungsgrad herabsetzen.
Wie siehts im Sommer aus wenn die Platten durch Sonneneinstrahlung bereits auf Hochtemperatur aufgeheizt sind? Braucht es überdachte Ladestationen?
Die notwendige exakte Fahrzeugpositionierung wurde bereits angesprochen.
Was den Wirkungsgrad angeht wird die induktive Übertragung allein mit 90 Prozent angegeben. Die auch kabelgebunden entstehenden Ladeverluste kommen noch hinzu. Ein leergefahrener Tesla mit 90 kWh würde also im besten Fall ca. 15 kWh Ladeverluste „verheizen“.
Martin meint
Was für ein Blödsinn! Erstmal braucht man überhaupt mal vernünftige E-Autos.
Werner meint
Ich persönlich halte diese Entwicklung für eine Schlüsseltechnologie, weil ich im Alltag keine Zeit mehr für das Tanken verschwenden muss. Im Grunde wird meine Arbeitszeit die ich für das Tanken brauche auf null gesetzt.
Und warum erst das E-Auto Entwickeln und nicht beides gleichzeitig?
Markus meint
Worin siehst Du den grossen Unterschied zwischen Kabelaufladung und einer Induktivaufladung an einer Ladestation?
Ausser natürlich, dass das Hantieren mit dem Kabel wegfällt? Mit etwas Übung ist das aber nicht schwieriger zu handhaben als ein Benzinschlauch an der Tanke.
Werner meint
Zum einen weil ich weniger Arbeit habe, die nicht sein muss. Und egal wie gut oder schnell sich so ein Kabel einstecken lässt, es ist auf jeden Fall ein Mehraufwand.
Zum anderen sehe ich auch den Einsatz zu Hause. Ich komme heim, fahre in die Garage und am nächsten Tag ist das Auto voll.
Gerade wo die Akkukapazität noch nicht außerordentlich groß ist, summiert sich dieser Aufwand.
Aktuell fahre ich einen Benziner (leider) und dort ist das Tanken einer der Punkte die mich mit am meisten ankotzt. Vor allem, wenn der Preis um 2 Cent gesunken ist, jeder Karl-Heinz deswegen tanken muss und ich die dreifache Zeit brauche, bis ich an der Säule endlich mal dran komme.
Mehr Vorteile sehe ich aktuell nicht. Die sind aber mehr als ausreichend für mich.
PS: Ja, ich bin durchaus eine faule Person. :P
Hans-Peter meint
Du hast ne Garage, evtl. mit Strom, und überlegst wirklich noch um den Kauf eines E-Autos? Den Joke kapier ich grad nicht…
Mein Kiste ist jeden morgen voll, fährt im Jahr 30.000 KM ohne einmal Tankstelle. Sachen gibts.
jannickhufmeister meint
An ihr PS. Da sind sie nicht alleine, sie gehören zu den wahrscheinlich 70% der Bevölkerung die sich an sowas wie den Kabeln durchaus stören. Induktives Laden wird auch die Zukunft sein. Keine Ahnung warum Tesla an Robotorarmen entwickelt…
Der Statistiker meint
Ein weiterer Vorteil liegt darin, dass es in (etwas weiterer Zukunft) es auch möglich sein wird während der Fahrt, zB auf Autobahnen, aufzuladen. Auch solche Forschungen gibt es bereits!
Ich denke auch, dass es Sinn man das e-Auto und diese Technologie gleichzeitig zu entwickeln. Wichtig ist hier aber ein gemeinsamer Standard für ALLE!
Hans-Peter meint
gibts seit 100 Jahren schon! Nennt sich Zug…
Hans-Peter meint
Schauen Sie sich mal aktuell an, wie die Ladesäulen Situation entlang der Autobahnen ist! (8 KM entfernt irgendwo im hintersten Industriegebiet in Hintertupfingen).
Und jetzt überdenken Sie nochmal Ihre sportliche Idee, während der Fahrt das E-Autolein aufzuladen. Da brauchts schon verdammt viel Fantasie und etliche Mengen Alkoholkonsum…
JoSa meint
ts ts ts
Und da haben sich doch vor wenigen Jahren ein paar Hirsels über
körperliche Schäden durch Elektrosmog aufgeregt.
Jetzt gehen da ein paar kW rüber ^^
Wenn man die Spulen genau positionieren kann und den Luftspalt
vermeiden kann mag es ja klappen.
Ein Vorteil sehe ich…
Mit einer Induktionspfanne, einem Ei und Schinken kann man was leckeres zaubern :D