24. April 2018 
 
9. September 2015

Elektromobilität: Laden leicht gemacht

Über ein kabelloses Ladesystem können Elektroautos künftig nicht nur tanken, sondern die Energie ins Stromnetz zurückspeisen. Vorteil: Auf diese Weise helfen sie das Netz zu stabilisieren. Das kostengünstige Ladesystem erreicht hohe Wirkungsgrade – über den vollen Leistungsbereich von 400 Watt bis 3,6 Kilowatt.

Foto: Fraunhofer IWESFoto: Fraunhofer IWES
Das Spulensystem zum induktiven Laden von Elektroautos ist in der Straße untergebracht.
Die Abstände zwischen Auto und Ladespule können bis zu 20 Zentimeter betragen. Auf der Internationalen Automobil-Ausstellung IAA in Frankfurt stellen Fraunhofer-Forscher den Prototyp vor. Mit einem kabellosen induktiven Ladesystemen geht das Laden des Autos ganz einfach: Dabei wird die Energie durch die Luft übertragen, genauer gesagt über ein zeitveränderliches Magnetfeld. Herzstück der Technologie sind zwei Spulen – eine ist in der Straße, auf dem Parkplatz oder in der Garage integriert, eine zweite am Unterboden des Autos. Die Spulen bilden – in Kombination mit entsprechenden Kondensatoren – eine Art resonantes „Antennensystem zur Energieübertragung“. Je näher die beiden Spulen beieinander liegen, desto effizienter wird die Energie übertragen.

Dank der speziell ausgelegten Leistungselektronik und Spulensysteme funktioniert das System auch dann mit einem sehr guten Wirkungsgrad, wenn die Spule im Auto etwa 20 Zentimeter von der Spule in der Straße entfernt ist. „Selbst bei einem Luftspalt von 20 Zentimetern erreichen wir einen Wirkungsgrad von 93 bis 95 Prozent – und das über den kompletten Leistungsbereich von 400 Watt bis 3,6 Kilowatt“, erklärt Dr.-Ing. René Marklein, Projektleiter am Fraunhofer IWES. „Vergleichbare Systeme erreichen solch hohe Wirkungsgrade nur bei einem kleineren Abstand, was den Einsatz bei Fahrzeugen mit größerer Bodenfreiheit einschränkt.“ Während die Spulen in der Straße und im Unterboden des Autos integriert sind, wird das Ladesystem im Fahrzeug mitgeführt. In ihm sind die Elektronik sowie Anschlüsse für verschiedene Ladekabel untergebracht. Die Wissenschaftler haben es so ausgelegt, dass es dem Fahrer maximale Flexibilität erlaubt: Es ermöglicht nicht nur das induktive Laden, sondern verfügt auch durch ein multifunktionales Systemkonzept über einen ein- und einen dreiphasigen Netzanschluss. So kann der Fahrer das Fahrzeug auch an einer üblichen Steckdose oder einer Ladesäule auftanken.

Das Ladesystem kann die Batterien nicht nur „füllen“, es kann sie auch entladen – und somit unter anderem zur Stabilität des allgemeinen Stromnetzes beitragen. Das Prinzip: Strahlt die Sonne vom Himmel oder bläst der Wind kräftig übers Land, liefern Solarzellen und Windräder oftmals mehr Energie, als momentan benötigt wird. Wird allerdings zu viel Strom in das Netz eingespeist, könnte die Spannung ansteigen und elektrische Geräte eventuell zerstören. Netzbetreiber drosseln daher bei guter Wetterlage die Leistung, die Solar- und Windanlagen in die Netze einspeisen. Würde man jedoch die Batterien der Autos als Zwischenspeicher nutzen, ließe sich der überschüssige Strom „aufbewahren“ und bei Flaute oder wolkenverhangenem Himmel wieder ins Netz einspeisen und so der Anteil der erneuerbaren Energien am Strom-Mix weiter steigern.

Ladung auch während der Fahrt bald möglich?

Elektroautos haben eine begrenzte Reichweite. Künftig könnten die Autos jedoch während der Fahrt geladen werden: Forscher von den Fraunhofer-Instituten für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung (IFAM) und für Verkehrs- und Infrastruktursysteme (IVI) haben eine 25 Meter lange Versuchsstrecke mit in die Fahrbahn eingearbeiteten Spulen aufgebaut. Unterstützt wurden sie vom Bundesministerium für Verkehr und Digitale Infrastruktur und weiteren Partnern. Mit Erfolg: Das Demonstrator-Fahrzeug konnte die Stecke bereits in moderatem Tempo entlangfahren und gleichzeitig seine Batterie aufladen.

 

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