Autos induktiv laden: Bestandsaufnahme | 26.09.2022
Die Kraft aus dem Boden
E-Autos induktiv, also ohne Kabel zu laden, ist nicht neu. So wirklich kam diese Technologie aber noch nicht in die Gänge. Aktuelle Projekte klingen indes realistischer als je zuvor.
Hach, immer dieses Hantieren mit den Kabeln. Entweder sie blockieren den Kofferraum, sind verknotet, nass und dreckig und in die Original-Verpackung bekommt man sie ohnehin nie mehr wieder hinein. Und auch bei Ladestationen: Hier greift man oft schmutzige Teile an, das muss doch eleganter zu lösen sein. Siehe Handy: Wer kein völlig veraltetes Modell hat, kennt induktives Laden. Einfach das Smartphone auf ein entsprechendes Device legen und zack, der Ladevorgang geht schon los.
Leichter Laden
Das ist natürlich praktisch, hat aber konzeptbedingte Nachteile, die man bei einem Telefon noch bereit ist, zu akzeptieren. Aber bei einem Auto? Schließlich muss man das Feld für die Stromübertragung möglichst genau treffen und wirklich schnell ist dieses System nicht. Kein Wunder also, dass bisherige Versuche, die auch schon wieder vom Markt verschwunden sind, maximal für Plug-in-Hybride angeboten wurden. Aber wie sieht das bei batterieelektrischen Autos aus?
Aktuell gibt es also nichts Konkretes zu kaufen, doch die Forschung bewegt sich auf drei großen Feldern: dem drahtlosen Laden eines geparkten Autos, dem Beladen eines fahrenden Autos, was zwangsläufig kabellos passieren muss, und dem bidirektionalen Laden, wobei auf allen Gebieten massive Fortschritte gelungen sind.
Mehr Effizienz
Zwei Kernproblemen hat sich ein Projekt von Volkswagen und der University of Tennessee verschrieben: höhere Ladeleistungen bei gleichzeitig weniger Verlusten. Die Ergebnisse klingen vielversprechend: Mit einem Prototypen konnte ein umgebauter Porsche Taycan mit nur zwei Prozent Ladeverlust befüllt werden. Und mehr noch: Die Ladeleistung selbst wurde von 6,6 kW auf 120 kW gesteigert, wobei das erklärte Ziel bei 300 kW liegt, was bei fix installierten Ladesäulen noch lang keine Selbstverständlichkeit ist. Hier geht es aber nicht nur darum, mit beeindruckenden Zahlen zu punkten. Eher darum, die Akzeptanz der E-Mobilität zu steigern. Nach dem alten Drive-in-Prinzip wäre es dann möglich, in zehn Minuten einen Akku, ganz ohne Aussteigen und ein Kabel andocken zu müssen, fast vollzuladen. Damit könnte man diesen Vorgang in andere Prozesse, etwa dem Konsumieren vor einem Fast Food-Restaurant, einbinden.
Volvo ist schon einen Schritt weiter. In einem Feldversuch werden XC40 Recharge im Taxibetrieb induktiv an den Standplätzen geladen, wobei hier zwei wichtige Punkte zusammenkommen: fast ausschließlich Kurzstreckenverkehr und ein paar wenige Orte, an denen die Taxis zum Kundenfang – und auch zum Nachladen – zurückkehren. Volvo geht es vor allem um den reibungslosen Ablauf im Alltag und da ist ein Aspekt die exakte Ausrichtung auf dem Lade-Pad. Volvo gibt für ihr Pilotprojekt etwa eine Toleranz von acht Zentimetern an, was bei einem ausgewachsenen Automobil gar nicht so viel ist. Das 360-Grad-Kamerasystem soll helfen, doch eine wirklich schlaue Anwendung wären autonome Fahrsysteme. Hier geht es schließlich um eine geringe Geschwindigkeit, die Komplexität wäre ähnlich wie bei Einpark-Automatiken, die es schon seit gut 15 Jahren gibt. Das würde eine weitere Zahl an Problemen lösen, etwa wenn es nur eine begrenzte Anzahl an Ladeplätzen gäbe. Die Autos könnten selbstständig von der Parkbucht zum Ladepunkt fahren und nach der Befüllung wieder retour. Das hört sich futuristisch an, ist aber leichter realisierbar als ein Roboterarm, der millimetergenau Ladekabel in die Fahrzeugslots treffen muss, die auch noch von Modell zu Modell unterschiedlich positioniert sind. Zudem kann dank Plug-and-Charge ganz automatisch und ohne aussteigen zu müssen bezahlt werden und sogar die Konstruktion eines solchen Ladeparks wäre einfacher und günstiger zu gestalten als einer mit Ladesäulen. Die Ladefelder können bis zu 30 Meter entfernt von der eigentlichen Verteilerstation im Boden eingelassen werden, weit weniger Fläche würde also benötigt werden.
Direktverbrauch
Ein ganz anderes Konzept verfolgt Stellantis: Auftanken während der Fahrt! Dynamic Wireless Power Transfer (DWPT) heißt ein System, das über in die Fahrbahn verlegte Leiterschleifen funktionieren soll. Schließlich geht es hier darum, das Magnetfeld über zahlreiche Kilometer zu ermöglichen. Natürlich stellt einen das vor ganz neue Herausforderungen, weswegen man sich auch nicht auf das eigentliche Aufladen konzentriert, sondern auf den reinen Betrieb. Sprich: Nur den Strom, den das Auto zum Fahren benötigt, zieht es direkt aus der Straße. Erste Versuche mit einem Fiat 500e sollen gezeigt haben, dass diese Menge an Ampere über diese Technik übertragbar ist. Das hätte deutliche Vorteile in mehrerer Hinsicht: Man würde keine großen Akkus mehr benötigen, das ewige Reichweitenproblem wäre ebenso hinfällig, die Kosten für E-Autos wären mit einem Schlag drastisch niedriger.
Wie realistisch DWPT ist, bleibt abzuwarten. Die lancierten Eckdaten sind vage, was mögliche Geschwindigkeiten oder die Effizienz der Stromübertragung angeht. Auch, ob Regen zu einem Problem werden könnte oder welche Kosten eine derartige Straße verursacht. Aber eine Idee, wie man die Unmengen an Strom produzieren könnte, die gibt es schon. Eine Überdachung der Autobahn mit Solardächern! Technisch wäre dieser Schritt schon jetzt möglich, zudem würden diese Maßnahmen die Straßen vor Witterungsschäden schützen und damit man nicht in einem endlosen Tunnel fahren müsste, könnten die Solarpaneele lichtdurchlässig gestaltet werden. Das Austrian Institute of Technology (AIT) hat die Realisierbarkeit schon bewiesen, doch stellen sich hier natürlich grundsätzlichere Fragen: Wie kann etwa ein Rettungshelikopter im Falle eines Unfalles landen? Halten diese Dächer Schneelasten im Winter aus?
Nächster Schritt
Bislang haben all diese Konzepte eines gemeinsam: Es geht stets nur um die Frage, wie man am schlauesten Energie in das Auto bekommt, aber aus dem Auto heraus? Bidirektionales Laden könnte in Zeiten der Energieknappheit noch zu einem echten Joker werden, weswegen es am Institut für Automation in Magdeburg ein Forschungsprojekt zu diesem Thema gab. Gemeinsam mit Audi trieb man die Arbeiten voran und konnte eine Stromabgabe vom Fahrzeug an das Hausnetz in der Höhe von elf kW erreichen, wobei ein Verlust von zehn Prozent in Kauf genommen werden musste. Hört sich jetzt nicht nach viel an, reicht aber locker, um ein Einfamilienhaus problemlos betreiben zu können.
Wie induktives Laden funktioniert
Vom Prinzip funktioniert kabellose Stromübertragung bei Handys genau so wie bei Autos: Zwischen zwei elektrischen Spulen – eine im Boden, eine im Auto verbaut – entsteht ein elektromagnetisches Feld. Dadurch baut sich eine Spannung auf, Strom fließt in die Akkus. Diese Lösung funktioniert allerdings nur mit Wechselstrom und der große Vorteil, dass dies berührungslos abläuft, hat zugleich den Nachteil, dass deswegen Verluste entstehen – man spricht derzeit von einer Effizienz von rund 90 Prozent –, zudem darf der Abstand zwischen den zwei Feldern auch nicht allzu groß sein.
Auch gibt es Einschränkungen bei der Geschwindigkeit, wobei hier deutliche Fortschritte gemacht werden. Mittlerweile lassen sich 40 kW Ladeleistung realisieren, was fast vier Mal so schnell ist wie bei einer 11-kW-Wallbox und fast so rasant wie bei einem 50-kW-Gleichstrom-Schnelllader. Die verbaute Technik im Fahrzeug konnte so weit miniaturisiert werden, dass sie problemlos im vorderen Bereich eines Pkw verbaut werden kann und nicht mehr als 25 Kilogramm auf die Waage bringt.
