Wie exakt muss das Auto über der Spule geparkt sein? DLR-Forscher Bastian Mayer untersucht auf einem selbst entwickelten Teststand unterschiedliche Fehlstellungen beim Parken auf der Ladespule.
DLR / Frank Eppler
Im industriellen Alltag ist das kabellose Laden elektrisch betriebener Flurförderfahrzeuge seit vielen Jahren Stand der Technik. Doch was in der abgegrenzten Infrastruktur eines Betriebsgeländes einfach zu realisieren ist, wirft im öffentlichen Verkehrsraum Fragestellungen auf, von deren Beantwortung eine Umsetzung in der Fläche entscheidend abhängt. Dabei hat die induktive Ladetechnik durchaus ihre Vorteile. Die berührungslose Energieübertragung und die hohe Ladeleistung bringen für den Fahrzeugnutzer eine deutliche Steigerung des Komforts beim Ladevorgang bei gleichzeitig deutlich reduzierter Ladezeit. Beides könnte zu einer Verbesserung der Akzeptanz von Elektrofahrzeugen und mithin zu höheren Verkaufszahlen beitragen. Auch kurze Stopps, zum Beispiel auf halböffentlichen Supermarkt-Parkflächen, könnten durch den vollautomatisch ablaufenden Ladevorgang bequem zum Aufladen genutzt werden. "Um dieses Ziel erreichen zu können, sind jedoch noch Forschungsarbeiten notwendig, damit der Prozess der berührungslosen Schnellladung sowohl in das Fahrzeug als auch in das Stromnetz optimal integriert werden kann", hieß es 2013 anlässlich der Präsentation des Forschungsprojekts BIPoLplus, das eine Laufzeit von 36 Monaten hatte und nun abgeschlossen wurde. Erforscht wurde ein berührungsloses Schnellladesystem mit 22 kW Ladeleistung, bei dem die Ladeenergie induktiv zwischen der Ladestation und dem Elektrofahrzeug übertragen wird.
Notwendig für das induktive Laden sind eine Infrastruktur und eine Fahrzeugelektronik sowie zwei spezielle Spulen, eine im Boden, die andere auf der Unterseite des Fahrzeugs. Zwischen den beiden Spulen wird mittels eines magnetischen Wechselfelds Strom berührungslos übertragen und die Batterie geladen. "Technisch möglich sind laut den DLR-Forschern ein Abstand von mehr als 10 cm zwischen den beiden Spulen und eine Ladeleistung von über 20 kW, was dem heutigen Stand einer Wechselstrom-Schnellladung mit Kabel entspricht", schreibt Christiane Köllner in ihrem Online -Beitrag DLR untersucht induktives Laden von Elektroautos. Selbst Wettereinflüsse wie Schnee und Regen würden dem System nichts ausmachen. Ein kleineres Elektroauto, wie zum Beispiel ein E-Smart, ließe sich damit in 45 min vollständig laden.
Weiter großer Forschungsbedarf
Doch bevor es soweit ist und das induktive Laden flächendeckend Einzug in den Alltag halten kann, müssen laut den DLR-Forschern noch einige Fragen beantwortet werden: Wie exakt müssen die Spulen übereinander positioniert sein, um möglichst effizient laden zu können, sprich wie genau muss der Fahrer oder das automatisierte Parksystem einparken? Wie viel Wärme entsteht beim Ladevorgang und muss das System eventuell gekühlt werden? Wie bringt man die Spule am besten im Fahrzeug unter? Und welche Sicherheitsaspekte müssen berücksichtigt werden, zum Beispiel wenn Gegenstände oder Lebewesen ins Magnetfeld geraten. Ebenfalls dürfe ein solches System auf keinen Fall Herzschrittmacher oder schlüssellose Entriegelungssysteme beeinflussen. Ein Teil dieser Fragen wurde mit BIPoLplus beantwortet, ein anderer Teil wird Gegenstand künftiger Forschungsarbeiten sein.
Das wissen auch Sebastian Schraven, Fabian Kley und Martin Wietschel. In ihrem Kapitel Induktives Laden von Elektromobilen – Eine techno-ökonomische Bewertung aus dem Fachbuch Interdisziplinäre Aspekte der Energiewirtschaft schreiben sie: "Ein Einsatz der induktiven Technik bietet sich aufgrund einer einfachen Handhabung, geringen Verschleißes und eines hohen Schutzes gegen Vandalismus an, erfordert zunächst allerdings eine Weiterentwicklung in verschiedenen Bereichen." Neben einer Erhöhung des Übertragungswirkungsgrades und der Toleranzen hinsichtlich Positionierung und Größe des Luftspaltes müssten insbesondere die Vorschriften zur elektromagnetischen Verträglichkeit eingehalten werden. Zudem sei die Standardisierung bisher ungeklärt und die derzeitigen Systeme nicht dazu in der Lage, Energie in das Stromnetz einzuspeisen.
Serienanwendungen nicht vor 2030
Was einen künftigen Serieneinsatz der Technik angeht, bremsen die Autoren die Erwartungen: Aufgrund signifikanter Mehrkosten gegenüber der konduktiven Ladung, so ihre Überzeugung, sei aus wirtschaftlicher Sicht vorläufig keine weitverbreitete Durchsetzung der induktiven Technik zu erwarten. Allenfalls unter bestimmten Voraussetzungen, wie zum Beispiel einer überdurchschnittlich hohen Fahrleistung einzelner Fahrzeuge, ergebe sich ein Potenzial für bestimmte gewerbliche Einsatzfelder zur Ladung von Fahrzeugflotten. Immerhin: Potenzielle Skaleneffekte könnten nach Einschätzung von Schraven, Kley und Wietschel die Kosten bis 2030 soweit reduzieren, dass ein regional gebundener Einsatz als Komfortladeoption in Nischen realistisch werde.