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Projekt "Effizienzhaus-Plus mit Elektromobilität" - Induktives Laden im Alltagstest

Induktives Laden auf dem Prüfstand: Daimler erprobt nun diese Form des Ladens in der Praxis und schickt eine technisch modifizierte A-Klasse E-Cell in den Alltagstest. Zum Einsatz kommen soll das Elektrofahrzeug ab März 2012 im Projekt "Effizienzhaus-Plus mit Elektromobilität", das am Mittwoch, 7. Dezember 2011, von Bundeskanzlerin Angela Merkel und Dr. Peter Ramsauer, Mitglied des Bundestages und Bundesminister für Verkehr, Bau und Stadtentwicklung, eingeweiht wurde. Das Haus soll mithilfe von modernen Technologien mehr Elektrizität selbst erwirtschaften, als es verbraucht. Der überschüssige Strom kann sich dann beispielsweise für das Aufladen von batterieelektrisch angetriebenen Fahrzeugen verwenden lassen. Das Gebäude wurde ganzheitlich konzipiert, der Themenbereich der Elektromobilität integriert. Möglich ist sowohl kabelgebundenes als auch induktives Laden.

Statt das Fahrzeug via Kabel zu laden, reicht es beim induktiven Laden aus, das mit einer speziellen Ladespule ausgerüstete Elektrofahrzeug über eine in den Boden eingelassenen Spule zu positionieren. Ein spezielles Anzeigesystem unterstützt den Fahrer dabei, das Fahrzeug optimal über der Spule im Boden abzustellen. Diese ist nämlich lediglich über eine Abdeckplatte erkennbar. Der Ladevorgang startet vollautomatisch. Der Strom wird berührungsfrei durch ein elektromagnetisches Feld übertragen. "Wir sind gespannt, wie sich die induktive Ladetechnik im täglichen Einsatz bewährt", erklärt Professor Herbert Kohler, Leiter E-Drive and Future Mobility in der Forschung und Vorentwicklung bei Daimler. "Die Machbarkeit haben wir bereits bewiesen, jetzt können die Erfahrungen im Alltagsbetrieb wichtige Impulse für die weitere Entwicklung geben. Außerdem sind noch einige technische und finanzielle Fragen zu lösen, um die Markttauglichkeit dieser Technologie wirklich zu bewerten."

Demonstration der Machbarkeit

Die Machbarkeit eines solchen induktiven Ladesystems wurde bereits im Projekt "Kabelloses Laden" demonstriert: Zu deren Überprüfung haben Daimler, Conductix-Wampfler und Röchling Automotive im Rahmen des vom Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit (BMU) geförderten Projektes die Grundlagen einer kabellosen Ladetechnik für Elektrofahrzeuge ausgearbeitet. Ziel des Projektes war ein sicheres, fahrzeugtaugliches Ladesystem mit möglichst hohem Wirkungsgrad und möglichst wenig Gewicht und Bauraum zu entwickeln. Ziel des Praxistests wiederum war, die Alltagstauglichkeit des kabellosen Ladens zu erproben sowie die Vor- und Nachteile gegenüber dem kabelgebundenen Laden zu überprüfen. Bereits nach wenigen Testtagen seien insbesondere der Kundenkomfort und die Ladesicherheit durch den automatisierten Ladeprozess erkennbar gewesen, berichtet Conductix-Wampfler.

Die im Rahmen des Projekts aufgebauten Prototypen auf Basis der B-Klasse E-CELL mit Range-Extender sind mit einer Gleichrichterelektronik sowie mit einer Abnehmerspule ausgerüstet, die in die Unterbodenverkleidung integriert ist. Hauptsystembestandteile der Infrastruktur sind die Einspeiseelektronik und die Ladespule, die in zwei Varianten realisiert wurde - als auf den Boden aufgelegte Spule ("Überflur") und als bodenintegrierte Spule. Neben der kabellosen Energieübertragung gehören die drahtlose Kommunikation zwischen Infrastruktur und Fahrzeug, die Fahrer-Assistenzfunktion "Anfahren der Positionierung über Ladespule", die automatische Initiierung des Ladevorgangs und die Fahrzeugidentifikation zum Funktionsumfang des Systems. Im Bereich zwischen den Spulen vermeidet eine Gegenstandserkennung Risiken durch erwärmte Metallkörper. Nach Aufbau der Prototypenfahrzeuge wurde das Komplettsystem mechanisch und elektrisch integriert und im Gesamtverbund in Betrieb genommen. Zwei induktive Ladestationen sind am Daimler-Entwicklungsstandort Böblingen-Hulb im Einsatz und werden für die Praxistests intensiv genutzt.

Erprobung des Ladevorgangs

Ein Schwerpunkt der Erprobung war der eigentliche Ladevorgang, erklärt Conductix-Wampfler. Zwar liege der Wirkungsgrad des Systems noch nicht auf dem Niveau des kabelgebundenen Ladens, sei aber mit 90 Prozent bereits vielversprechend und nur geringfügig schlechter als bei steckergebundenen Ladelösungen - und zwar unter Berücksichtigung aller Komponenten von der Steckdose bis zur Batterie.

Die Auswertung der ersten "Fahr-Erlebnisse" von Probanden mit der Aufgabe "Anfahren der optimalen Ladeposition" zeigte, dass dies mithilfe der Assistenzfunktion nach zwei bis drei Lernversuchen gut bewältigt wird. Kleinere Abweichungen von der optimalen Position im Zentimeterbereich toleriert das System ohne nennenswerten Verlust an Ladeeffizienz und übertragbarer Ladeleistung. Auch zeigte das System bereits gute Ergebnisse hinsichtlich der elektromagnetischen Verträglichkeit (EMV). Aufgabe zukünftiger Entwicklungsarbeiten wird es sein, wie das Unternehmen mitteilt, dies weiter zu optimieren sowie den Wirkungsgrad noch weiter zu steigern und Lösungen für einen Serieneinsatz zu entwickeln.

Die ersten Erkenntnisse bestätigen den Komfortgewinn im Vergleich zum kabelgebundenen Laden und die Prinziptauglichkeit des induktiven Ladesystems. Das Optimierungspotenzial in Bezug auf Bauraum, Gewicht und Integration in zukünftige Fahrzeug-Baureihen ist identifiziert und wird entsprechend weiterentwickelt. Parallel findet eine Evaluierung neuer gemeinsamer Projekte für potenzielle Anwendungen des induktiven Ladens in Kleintransportern, Bussen sowie einer Serienanwendung statt. Die Ergebnisse der aktuellen Tests fließen zudem in nationale und internationale Standardisierungsaktivitäten ein - mit dem Ziel, die Kompatibilität der induktiven Ladesysteme verschiedener Zulieferer und Fahrzeug-Hersteller sicherzustellen.

Leben im Effizienzhaus-Plus

In den Genuss der aus diesem ersten Test gewonnenen Erkenntnisse der prototypisch umgesetzten Technologie kommt ab März kommenden Jahres eine vierköpfige Familie. Im Rahmen des neuerlichen Praxistests soll die Alltagstauglichkeit des induktiven Ladens ausgiebig erprobt werden.

Die Familie wird unter anderem dafür das 130 Quadratmeter große Effizienzhaus-Plus, das im Berliner Stadtteil Charlottenburg gebaut wurde, 15 Monate lang bewohnen. In diesem Zeitraum wird die Familie verschiedene Elektrofahrzeuge benutzen. Auf diese Weise soll das Zusammenspiel dieser neuen Gebäudegeneration mit der Elektromobilität im Alltag erlebt und erfahren werden. Neben der A-Klasse mit der induktiven Ladeoption stellt der Stuttgarter Automobilhersteller dem Projekt vom Start der Testphase im März 2012 an zwei weitere Elektrofahrzeuge mit batterieelektrischem Antrieb zur Verfügung: den Smart Fortwo Electric Drive der zweiten Generation sowie das Smart E-Bike. Weitere Elektrofahrzeuge kommen, ebenfalls für jeweils drei Monate von Audi, BMW, Opel und VW.

So können die Projektteilnehmer mit Führerschein im Sommer 2012 zwei Volkswagen Golf Blue-e-Motion und gegen Ende 2012 ein Audi A1 E-tron für die Dauer von jeweils drei Monaten fahren. Beim A1 E-tron handelt es sich um ein Elektroauto mit Reichweitenverlängerung. Dieses Antriebskonzept wird aktuell mit 20 Fahrzeugen in München im Rahmen eines Flottenversuchs erprobt. Der Golf Blue-e-Motion ist ein reines Elektrofahrzeug mit einer Reichweite von bis zu 150 Kilometer und einer Höchstgeschwindigkeit von 135 km/h. Bis Jahresende wird der Golf Blue-e-Motion mit insgesamt 80 Fahrzeugen in Berlin, Hannover und Wolfsburg erprobt. Internationale Flottenerprobungen sind für 2012 vorgesehen.

Von Opel kommt zwecks Sicherstellung der Familienmobilität ein Opel Ampera. Das fünftürige Elektrofahrzeug mit Reichweitenverlängerung bietet Platz für vier erwachsene Insassen samt Gepäck. Eine 16 kWh große Lithium-Ionen-Batterie versorgt den 111 kW starken Elektromotor mit Energie. Je nach Fahrweise und Streckenprofil lassen sich damit Distan­zen von 40 bis 80 Kilometer batteriebetrieben zurücklegen.

BMW unterstützt das Projekt neben der Zurverfügungstellung von Elektrofahrzeugen - Ende des kommenden Jahres 2012 können die Bewohner Mini E, BMW Active E, das elektrische BMW 1er Coupé, fahren - zudem mit der Bereitstellung von gebrauchten Batterien aus dem Mini-E-Feldversuch. Auch mit Pedelecs, also Elektrofahrrädern, werden die Hausbewohner versorgt. Die gebrauchten Batterien aus dem Feldversuch sind für die überschüssige Energie, die das Haus erzeugt, gedacht. Diese Energie wird in einem so genannten Energiekeil, bestehend aus gebrauchten Lithium-Ionen-Batterien vom Mini E, zwischen gespeichert und steht dann unter anderem zur Aufladung der Elektrofahrzeuge zur Verfügung.

Dieses neue Projekt soll zeigen, dass nachhaltiges Wohnen und Fahren ohne Verzicht auf Lebensqualität möglich ist. Die wissenschaftliche Auswertung der Nutzungsdaten, die im Verlauf des Projektes gesammelt werden, könne außerdem Erkenntnisse über Kundenwünsche liefern und auf zeigen, wie Elektrofahrzeuge zukünftig noch nachhaltiger und zugleich komfortabler werden können.

(Panoramabild: Conductix-Wampfler, Aufmacher: REGIERUNGonline/Steins)
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