Laden ohne Kabelsalat

Das Fraunhofer-IISB verfügt über konventionelle Ladesäulen, die für Test-, aber auch für Mitarbeiter- oder Besucherfahrzeuge genutzt wird. (Bild: energyviews.de)

Das Fraunhofer-IISB verfügt über Ladesäulen, die für Test-, aber auch für Mitarbeiter- oder Besucher­fahrzeuge genutzt werden. (Bild: energyviews.de)

[Fortsetzung von: Ampera – bereit für die Langstrecke] Kabel verschwinden immer mehr aus unserem Alltag. Telefone, Computer­­mäuse oder Kopf­­hörer haben sie bereits verloren. Auch elek­trische Zahn­­bürsten und Mobil­­telefone kommen mittler­weile ohne sie aus. Infor­mationen werden per Funk oder die nötige Energie via elektro­­magne­tische Induk­tion übertragen. Forscher arbeiten daran, dass sich bald auch die Elektro­­autos von jedermann kabel­los mit Strom aufgeladen werden – nicht nur Testfahrzeuge oder die BMW Safety- und Medical Cars der Formel-E.

Elektroautos berührungslos via Induktion aufzuladen ist noch Zukunftsmusik. Das Laden von der Vorderseite: Ein neuer Ansatz, der effizient und kostengünstig ist. (Bild: Fh.-IISB)

Elektroautos berührungslos via Induktion aufzuladen ist noch Zukunfts­musik. Das Laden von der Vorder­seite: Ein neuer Ansatz, der effizient und kostengünstig ist. (Bild: Fh.-IISB)

Das wollen wir uns genauer ansehen und besuchen das Fraun­hofer-Ins­titut für Inte­grierte Sys­teme und Bau­­elemente­­techno­­logie IISB in Erlangen, dessen Entwickler seit etwa zwölf Jahren an dem Thema Leistungs­elektronik für E-Fahrzeuge und seit zwei Jahren am induktiven Laden arbeiten.

Industrie und Wissenschaft arbeiten seit einigen Jahren daran, mit dem Ansatz, Induktionsspulen auf der Fahrzeug­unter­seite und Lade­stationen im Erdboden anzuordnen. Die Heraus­forderungen sind groß: Wegen des großen Abstands von bis zu 15 Zentimetern zwischen Fahrzeug und Boden müssen die Spulen leistungs­stark, das heißt groß, sein. Das treibt die Kosten nach oben. Außerdem besteht die Gefahr, dass Gegenstände oder Tiere die Strom­über­tragung stören. Katzen zum Beispiel empfinden die leicht erwärmte Ladefläche am Boden als angenehm. Besonders proble­matisch: Metal­lische Papiere, wie zum Beispiel Kaugummi- oder Zigaretten­verpackungen, können unter das Auto und auf die Induktions­fläche geweht werden und sich so stark erwärmen, dass sie sich entzünden.

Beim derzeitigen Modell sind die Sender-Spulen in einer senkrechten Säule angeordnet, spätere, aufwändigere Modelle könnten waagrecht sein und sich bildverarbeitungsgestützt selbsttätig genau vor dem Nummernschild des Fahrzeugs mit den Empfänger-Spulen platzieren, um einen höheren Leistungsübertrag zu ermöglichen. (Bild: Fh.-IISB)

Beim derzeitigen Modell sind die Sender-Spulen in einer senk­rechten Säule angeordnet, spätere, aufwän­digere Modelle könnten waagrecht sein und sich bild­verarbei­tungs­gestützt selbst­tätig genau vor dem Nummern­schild des Fahr­zeugs mit den Empfänger-Spulen platzieren, um einen höheren Leistungs­übertrag zu ermög­lichen. (Bild: Fh.-IISB)

Die Erlanger Forscher verfolgen deshalb einen alter­nativen Ansatz: Im Projekt Energie-Campus Nürnberg haben sie inner­halb eines Jahres ein System entwickelt, bei dem das Elektro­fahrzeug von der Vorder­seite aus geladen wird. Da das Auto näher an die Induktions­quelle fahren kann – sie im Prinzip berührt – sind die Durch­messer der Spulen wesentlich kleiner als bei der Boden­variante: zehn statt achtzig Zentimeter. Das System ist effi­zienter, kosten­günstiger und es ist weniger wahr­schein­lich, dass Hinder­nisse den Energie­fluss stören. Die etwa hüfthohe Ladesäule ist aus Kunst­stoff und gibt nach hinten nach, wenn sie vom Fahr­zeug berührt wird. Wenn der Druck zu stark wird, klappt sie nach unten weg – das Auto kann quasi darüber hinweg­fahren. Schäden an der Karosserie entstehen bei der Berührung nicht. Mehrere Spulen – vertikal überlap­pend in der Säule und horizontal überlap­pend hinter dem Nummern­schild des Fahrzeugs – lassen den Strom auch dann fließen, wenn die Säule nicht exakt von vorne und mittig ange­fahren wird – egal wie groß oder hoch das Auto ist.

Das Design der Draht­rollen ist wichtig, denn sie sind es, die Richtung und Stärke des Magnet­felds bestimmen. Den Erlangern ist es gelungen, die Leistung im vergangenen Jahr kontinu­ierlich hochzuschrauben, sodass der Prototyp aktuell drei Kilowatt mit einem Wirkungs­grad von 95 Prozent überträgt. Aktuelle Elektro­auto-Modelle sind damit innerhalb einer Nacht aufgeladen. Ziel der Forscher ist es nun, die Leistungs­stärke der Spulen weiter zu erhöhen – insbe­sondere, um den Entwicklungen in der Batterie­techno­logie gerecht zu werden – und den Preis für die Lade­station weiter zu senken.

Das Opel-Ladegerät mit Schukostecker hat seinen Platz unter dem Kofferraumboden, führt man auch ein Mennekes-Kabel mit, bleibt nur der Kofferraum selbst. (Bild: energyviews.de)

Das Opel-Ladegerät mit Schukostecker hat seinen Platz unter dem Kofferraumboden, führt man auch ein Mennekes-Kabel mit, bleibt nur der Kofferraum selbst. (Bild: energyviews.de)

Den E-Auto-Besitzern dürfte das gefallen. Bislang muss jedes Fahrzeug seine – bei schlechtem Wetter nassen und/oder verschmutzten – Kabel mitführen, meist gibt es dazu keinen vorgesehenen Platz und sie landen lose im Kofferraum. Opel bietet für Mennekes-Kabel eine gesonderte Tasche an, das Ladeadapter mit Schuko-Stecker hingegen ist in einer speziellen Vertiefung im Kofferraumboden untergebracht. (Oliver Dreissigacker mit Material der FhG)

Nächster Teil: Ampera – die Bergprüfung

Links: Abt. Fahrzeugelektronik (B. Eckart), Fraunhofer-Institut für Integrierte Systeme und Bauelementetechnologie IISB, Erlangen • Energie-Campus Nürnberg ENCN

Weitere Beiträge: Induktive Ladung „on the fly“, energyviews.de, 6. Januar 2014Formel-E: Glück im Unglück, energyviews.de, 15. September 2014Schneller auf der Schiene, energyviews.de, 22. Juli 2014Ampera – der Wegbereiter, energyviews.de, 16. September 2014

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