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Induktives Laden von Elektrofahrzeugen

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Kabel ade: Mitarbeiter des DLR erforschen das induktive Laden von Elektroautos. Fotos: © Frank Eppler/interPress / TRD Pressedienst

(TRD/MID)  Bei Mobiltelefonen oder auch Zahnbürsten funktioniert es bereits prächtig: das kabellose Laden mit Hilfe induktiver Energieübertragung. Einfach drauflegen, und wie von Zauberhand laden sich die Batterien wieder auf. Auch bei Elektroautos soll das bald zum Alltag gehören.

Klingt logisch, denn in den kommenden Jahren werden mehr und mehr E-Modelle gekauft, die regelmäßig ihre Tanks (Batterien) auffüllen müssen. Doch wie so oft: Was dort einfach klappt, erzeugt woanders Probleme. Damit wir uns bald über ein komfortables induktives Aufladen freuen können, nahmen sich Forscher des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) in Stuttgart der Sache an. Sie untersuchten mit Partnern aus Wissenschaft und Industrie die dazu benötigte Technik. Wir haben ihnen dabei über die Schulter geschaut und die maßgeblichen Leute zum aktuellen Stand befragt.

„Das Laden der Batterie wünschen sich viele wesentlich komfortabler und praktischer. Das ermöglicht induktives Laden. Einfach das Elektroauto auf der Ladespule parken und die Batterie lädt sich von selbst auf“, sagt Bastian Mayer. Er betreut das Projekt am DLR-Institut für Fahrzeugkonzepte. Kabel und Stecker müssen nicht mehr vor Ort sein, von Hand anschließen entfällt ebenfalls. Vor allem an öffentlichen Stromtankstellen sind so schmutzige und beschädigte Kabel künftig kein Thema mehr, auch die Stolperfalle Kabelgewirr nicht.

Der Kauf von Elektroautos ist aktuell bei vielen noch eine Frage der Akzeptanz. Induktives Laden kann dazu beitragen, die Kaufnachfrage zu erhöhen. Diese Technik wird auch beim Thema automatisiertes Fahren zukünftig eine wichtige Rolle spielen. Bastian Mayer: „Wird der Fahrer erst einmal zum Passagier und nimmt eine Dienstleistung ähnlich wie beim Taxifahren in Anspruch, dann will er sich nicht mehr darum kümmern, wie und wo sein automatisiertes Fahrzeug aufgeladen wird. Es findet die Ladespule von selbst, parkt sich automatisch auf der Spule. Das ist keine Zukunftsmusik, sondern bereits heute technisch möglich. Garagensysteme für normale Schukosteckdosen mit 3,6 bis 7,2 Kilowatt Ladeleistung sollten in den kommenden drei bis vier Jahren auf den Markt kommen, auf 22 Kilowatt Ladeleistung müssen wir jedoch deutlich länger warten.“

Ähnlich wie beim kabelgebundenen Laden, sind dafür eine passende Infrastruktur und Fahrzeug-Elektronik notwendig, plus zwei spezielle Spulen – auf der Fahrzeugunterseite und darunter im Boden. Mittels eines magnetischen Wechselfelds wird der Strom zwischen beiden Spulen berührungslos übertragen. „Technisch möglich sind ein Abstand von mehr als zehn Zentimetern zwischen beiden Spulen und eine Ladeleistung von über zwanzig Kilowatt. Das entspricht dem heutigen Stand einer Wechselstrom-Schnellladung mit Kabel. Wettereinflüsse wie Regen oder Schnee machen dem System nichts aus“, erläutert Bastian Mayer.

Die Batterien in kleineren E-Autos – etwa einem E-Smart – sind mit dieser Technik in 45 Minuten vollständig geladen. Das ist natürlich ideal daheim in der Garage oder auf dem Stellplatz vorm Haus. Interessant sind induktive Lademöglichkeiten auch für Unternehmen wie Supermärkte mit großzügigen Parkmöglichkeiten. Als zusätzlicher Service lässt sich dort beim Einkaufen das Fahrzeug aufladen. Weitestgehend unsichtbar stört die Technik nicht, sie ist flach im Boden verbaut. Preislich soll sie auf dem Niveau von Ladesäulen liegen.

Bevor induktives Laden allerdings flächendeckend eingesetzt werden kann, müssen noch einige wichtige Details geklärt werden. Zum Beispiel wie exakt die Spulen übereinander positioniert sein müssen, um möglichst effizient zu laden. Oder wie genau der Fahrer respektive das automatisierte System einparken muss.

Untersucht werden muss zudem, ob beim Ladevorgang so viel Wärme entsteht, dass eine Kühlung notwendig ist. Wichtige Faktoren sind zudem, wie die Spule am besten im Fahrzeug untergebracht wird oder welche Sicherheitsaspekte dabei zu berücksichtigen sind. Zum Beispiel wenn Menschen oder Tiere in das Magnetfeld geraten. Natürlich dürfen auch Herzschrittmacher oder schlüssellose Entriegelungssysteme auf keinen Fall beeinflusst werden.

Diese und andere Faktoren haben DLR-Wissenschaftler auf einem eigens dafür entwickelten Teststand über einen längeren Zeitraum untersucht.

Eigentlich wurde vermutet, dass beide Spulen exakt übereinander positioniert sein müssen, um möglichst effizient laden zu können. „Doch unsere Tests mit diversen Fehlstellungen eines hier eingesetzten Porsche Boxster E ergaben: Ein kleiner Versatz von rund zehn Zentimetern wirkt sich nicht signifikant auf den Wirkungsgrad aus. Ist es allerdings mehr, nimmt die Ladeeffizienz von den im Bestpunkt möglichen 91,5 Prozent deutlich ab“, fasst Bastian Mayer zusammen. Der Abstand beider Ladespulen differiert Modell-bedingt durch Bodenhöhe, Unterbringung der Spule im Fahrzeugboden und Zuladung. Das wirkt sich ebenfalls maßgeblich auf die Ladung aus.

Die DLR-Forscher untersuchten zudem die Wärmeentwicklung beim Laden in Abhängigkeit zur Spulengröße. DLR-Ingenieur Mayer: „Bei 22 Kilowatt Ladeleistung ist eine aktive Kühlung bei heutigen Batteriegrößen nicht notwendig. Werden Fahrzeugspulen allerdings kleiner und leichter oder steigt etwa die Ladeleistung über 22 Kilowatt, dann kann sich das schnell ändern“.