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Stuttgarter Forscher entwickeln induktives Ladesystem für Elektroautos

Das induktive Laden von Elektroautos findet immer mehr Fürsprecher. Nun entwickelt auch die Universität Stuttgart in Kooperation mit dem Karlsruher Institut für Technologie ein Konzept, um Elektroautos berührungslos zu laden. Die Grundidee: Während das Auto parkt, lädt sich das Fahrzeug über eine Art induktive Ladestation auf, die in den Boden eingelassen ist. "Andere Ladekonzepte, bei denen das Elektroauto an Ladesäulen über eine Steckdose aufgetankt wird, sind in großer Zahl in der Stadt problematisch", sagt Professor Nejila Parspour vom Institut für Elektrische Energieumwandlung der Universität Stuttgart, das erst jüngst gegründet wurde.

Als "Ladestation" dient eine im Boden verborgene Primärspule, die an das öffentliche Stromnetz angebunden ist. Wird sie von Strom durchflossen, baut sie ein Magnetfeld auf, das in einer Sekundärspule im Fahrzeugboden Strom induziert, der zum Laden des Akkus dient. In einem Labormodell, berichten die Entwickler, habe man mit dem Ladesystem einen Wirkungsgrad von über 90 Prozent erzielen können - und somit die Größenordnung eines konventionellen Ladegeräts. Bei dem in Stuttgart entwickelten System sei es auch nicht notwendig, das Auto präzise über der Spule zu platzieren, es seien Positioniertoleranzen von bis zu 25 Zentimetern möglich (diese Aussage betrifft allerdings nur die horizontale Positionierung, beim Luftspalt zwischen Primär- und Sekundärspule am Fahrzeug geben Experten Werte zwischen etwa fünf und 15 Zentimeter an). Der erste Prototyp der Stuttgarter soll im Dezember 2011 fertig sein. Er soll eine Leistung von drei Kilowatt (kW) übertragen können, sodass zum Beispiel eine Batterie mit einem Energieinhalt von zwölf Kilowattstunden in vier Stunden geladen werden kann.

Ein im Zusammenhang mit dem induktiven Laden bisher weniger kommunizierter Aspekt ist die Einbindung der Elektrofahrzeuge in Smart Grids. Denn dafür sei es erforderlich, dass die elektrische Energie in beide Richtungen kabellos übertragen werden könne. Die Fahrzeugbatterien dienen dabei als zusätzlicher Pufferspeicher im Stromnetz, um Netzschwankungen zu stabilisieren, die bei der vermehrten Nutzung regenerativer und volatiler Energiequellen nicht ausbleiben. "Hier haben Batterien eindeutig einen Vorteil gegenüber Spitzenlastkraftwerken, da sie schneller reagieren", sagt Parspour. Die Forschungsarbeiten des Teams um Professor Parspour und Professor Hans-Christian Reuss von Institut für Verbrennungsmotoren und Kraftfahrwesen sind Teil des Projekts "Berührungsloses, induktives und positionstolerantes Ladekonzept für elektrisch angetriebene Fahrzeuge" (BIPoL), das im Januar 2011 startete.

Auch andernorts befasst man sich mit induktiven Ladekonzepten. Als einer der Vorkämpfer in diesem Gebiet darf hierzulande wohl Wilfried Nietschke von der IAV gelten, der mit seinen Kollegen auf der Hannover Messe 2009 das Modell einer Lösung vorstellte, bei der das induktive Laden selbst während der Fahrt vorgesehen ist. In der Aprilausgabe der ATZ beschrieben er und seine Kollegen Frank Fickel und Steffen Kümmel zudem Erfahrungen anderer Unternehmen, die diese mit der induktiven Ladung von Fahrzeugen in weiter zurückliegenden Jahren machten.

Siemens Corporate Technology hat gemeinsam mit BMW eine Technik entwickelt, bei dem die verwendeten Spulen den im Konkurrenzumfeld geringsten Durchmesser haben sollen. Der Spulendurchmesser wurde auf 60 Zentimeter beschränkt, damit sich die Sekundärspule gut in den Unterboden des Fahrzeugs integrieren lässt. Bei der Ladeleistung ist die Siemens-Lösung mit 3,6 kW etwas höher spezifiziert als bei den Stuttgarter Kollegen. Ziel sei es, die übertragene Leistung in Zukunft zu erhöhen, um die Ladezeiten weiter zu verkürzen.

Eine für jedermann erfahrbare Lösung ist das so genannte On-Line-Electric-Vehicle, das seit Anfang 2010 in Korea in einen Freizeitpark seine Runden dreht. Es zeigt, dass das berührungslose Laden auch während der Fahrt praktikabel ist, sofern geeignete Rahmenbedingungen gegeben sind. Im Seoul Grand Park befährt der elektrische "Elefantenzug" eine Rundstrecke von 2,2 Kilometer, wobei die vier Ladeabschnitte zusammen eine Länge von 372,5 Meter 16 Prozent haben - etwa 16 Prozent der gesamten Strecke. Dies deutet darauf hin, dass eine Langstreckenanwendung sicherlich ein sehr anspruchsvolles Vorhaben wäre, dass aber ein induktives Laden während der Fahrt zumindest in bestimmten Szenarien vorstellbar ist.

Als ein Schwachpunkt des induktiven Ladens mag man den Wirkungsgrad betrachten, der aber mit über 90 Prozent im Vergleich mit anderen Antriebskonzept eigentlich sehr gut dasteht. Magna-Technologievorstand Burkhard Göschel schätzte jüngst in einem Interview mit der ATZelektronik den "kundenwerten Vorteil" beim kabellosen Laden als so enorm ein, dass man gut beraten sei, potenzielle Kunden mit Emotionen und gutem Handling anzusprechen und beim Wirkungsgrad anfangs ein Auge zuzudrücken.

Ansonsten ist man sich hinsichtlich der Vorteile des induktiven Ladens weitgehend einig. Da sich die Primärspule praktisch unsichtbar in den Boden integrieren lässt, ist die Technik sicherer gegen Beschädigung oder gar Vandalismus. In städtischen Wohngegenden können zudem dezente Ladegelegenheiten geschaffen werden, die Menschen ohne eigene Garage nutzen können. Weitere geeignete "Ladeflächen" sind zum Beispiel Taxispuren, Betriebshöfe sowie Firmen- oder Supermarktparkplätze. Die damit verbundenen kurzen Ladezyklen erfordern genauso geeignete Batterietechnik, wie die Idee, Elektroautos als Pufferspeicher im Stromnetz zu verwenden. Sofern die Kosten für die Ladeinfrastruktur beherrschbar sind, stellt das induktive Laden eine für Autofahrer sehr unkomplizierte Methode dar, die bei einer schnelleren Verbreitung von Elektrofahrzeugen helfen könnte. Auch die Akzeptanz von Plug-in-Hybriden könnte steigen, zumal bei einem enge geflochtenen Netz von Ladeflächen die Anforderungen an den Energieinhalt der Batterien möglicherweise sogar sinken. Metadaten anzeigen: Autor verbergen | Schlagworte