Auswertung des Wirkungsgrades beim Laden: Zum induktiven Laden werden zwei spezielle Spulen benötigt, von denen eine am Boden und eine an der Unterseite des Fahrzeugs angebracht wird. Um eine effiziente Ladung zu gewährleisten, sollten die Spulen möglichst exakt übereinander positioniert werden.
DLR / FrankEppler
Gemeinsam mit Partnern aus Wissenschaft und Industrie haben Forscher des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) in Stuttgart im Kontext des Projekts BIPoLplus das kabellose Laden mithilfe induktiver Energieübertragung von Elektroautos untersucht.
"Induktives Laden ermöglicht es, das Elektroauto auf der Ladespule zu parken und die Batterie lädt sich dann von selbst auf. Das macht den Ladevorgang wesentlich komfortabler und praktischer", fasst Bastian Mayer zusammen, der das Projekt am DLR-Institut für Fahrzeugkonzepte betreut hat. Induktives Laden könne so dazu beitragen, die Akzeptanz alternativer Antriebskonzepte auf Batteriebasis beim Verbraucher zu erhöhen.
Stromübertragung mittels Spezialspulen
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 seien laut den DLR-Forschern ein Abstand von mehr als zehn Zentimetern zwischen den beiden Spulen und eine Ladeleistung von über zwanzig Kilowatt, was dem heutigen Stand einer Wechselstrom-Schnellladung mit Kabel entspreche. Wettereinflüsse wie Schnee und Regen würden dem System nichts ausmachen. Ein kleineres Elektroauto, wie zum Beispiel ein E-Smart, ließe sich damit in 45 Minuten vollständig laden.
Exaktes Parken notwendig für hohen Wirkungsgrad
Bevor induktives 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 Entriegelungssystem beeinflussen.
Auf einem eigens für das Projekt entwickelten Teststand haben die DLR-Wissenschaftler mit einem Porsche Boxster e diverse Fehlstellungen beim Parken auf der Ladespule untersucht. "Um möglichst effizient laden zu können, sollten beide Spulen exakt übereinander positioniert sein. Unsere Tests ergaben, dass ein kleiner Versatz von rund zehn Zentimetern sich nicht signifikant auf den Wirkungsgrad auswirkt. Darüber hinaus nimmt allerdings die Ladeeffizienz von den im Bestpunkt möglichen 91,5 Prozent deutlich ab", fasst Bastian Mayer zusammen. Ähnliche Resultate hätten die Untersuchung gezeigt, wie sich der Abstand der beiden Ladespulen auswirke. Dieser werde maßgeblich durch die modellbedingt Bodenhöhe, die konstruktive Unterbringung der fahrzeugseitigen Spule im Unterboden und die jeweilige Zuladung des Fahrzeugs bestimmt. Weiterhin haben die DLR-Forscher die Wärmeentwicklung beim Ladevorgang in Abhängigkeit von der Spulengröße betrachtet: "Bei einer Ladeleistung von 22 Kilowatt und den heutigen Batteriegrößen ist noch keine aktive Kühlung der Fahrzeugspule notwendig. Das kann sich allerdings schnell ändern, wenn die Fahrzeugspulen in Zukunft kleiner und leichter werden oder die Ladeleistung über 22 Kilowatt gesteigert wird", so DLR-Ingenieur Mayer.
Zum Projekt BIPoLplus
Die Forschungsarbeiten fanden statt im Rahmen des Projekts BIPolplus (Berührungsloses, induktives und positionstolerantes Laden), das acht Partner aus Wirtschaft und Wissenschaft vereint und durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) im Rahmen des Spitzenclusters Elektromobilität Süd-West mit insgesamt rund 5,1 Millionen Euro gefördert wurde. Zentraler Inhalt des Projekts war die umfassende Erforschung und Entwicklung eines induktiven Schnell-Ladesystems für batterieelektrische Fahrzeuge mit einer nominalen Übertragungsleistung von bis zu 22 Kilowatt. Zu den Projektpartnern zählten: P3 automotive (Projektleitung), Bosch, Daimler, EnBW Energie Baden-Württemberg, IPT Technology, Porsche sowie neben dem DLR die Forschungseinrichtungen KIT Karlsruher Institut für Technologie und die Universität Stuttgart.