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Berührungslos und schneller laden

Induktive Ladesysteme mit hoher Leistung für Elektrofahrzeuge
Berührungslos und schneller laden

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Drei zentrale Hindernisse gibt es bei der Marktdurchdringung mit Elektroautos: die Kosten der Batterie, die Reichweite sowie der lange und unkomfortable Ladevorgang. Problem Nummer drei will ein Forschungsprojekt aus Industrie und Instituten jetzt lösen: Die Mitglieder erforschen ein berührungsloses Schnellladesystem mit einer bis zu siebenmal höheren Ladeleistung. Dabei wird die Ladeenergie induktiv zwischen Ladestation und Elektrofahrzeug übertragen. Die Schnellladung erfolgt für den Fahrzeugführer schnell und bequem.

Die Autoren: Axel Vartmann und Ingo Fleuchaus, Journalisten in Freiburg

Bislang werden Elektro-Pkw oft noch per Ladekabel an Haushaltssteckdosen aufgeladen. Da die maximale Ladeleistung dabei üblicherweise auf 3 kW begrenzt ist, dauert die Vollladung einer Fahrbatterie mit einer Kapazität von etwa 20 kWh Kapazität bis zu acht Stunden. Aber vor allem das Hantieren mit dem Kabel finden viele Nutzer – gerade im Winter – sehr umständlich.
Das Projekt BIPoLplus widmet sich dieser Problematik. „Gegenstand der Forschung ist ein berührungsloses Schnellladesystem mit einer Ladeleistung von 22 Kilowatt, bei dem die Ladeenergie induktiv zwischen der Ladestation und dem Elektrofahrzeug übertragen wird“, sagt Franz Loogen, der Geschäftsführer der Landesagentur Elektromobilität und Brennstoffzellentechnologie Baden-Württemberg (e-mobil BW GmbH), die der Spitzencluster Elektromobilität Süd-West koordiniert.
Ladevorgang deutlich beschleunigen
Die insgesamt acht Projektpartner aus Automobilindustrie, Energieversorgung und Forschung haben das Ziel, den Ladevorgang deutlich zu beschleunigen und gleichzeitig für den Nutzer komfortabler zu machen. „Der Ladevorgang soll vollautomatisch ablaufen und auch den Parkkünsten der Fahrer nicht zu viel abverlangen. Das heißt wir arbeiten an einer möglichst positionstoleranten Lösung“, berichtet Karlheinz Baier, Projektleiter von BIPoLplus und Manager für Wireless Charging bei der Daimler AG. Keiner muss mehr bei Schnee und Regen umständlich mit dem Ladekabel hantieren und auch als Stolperfalle würde es der Vergangenheit angehören.
Was bei elektrischen Zahnbürsten längst Standard ist, könnte also schon bald die Elektromobilbranche beflügeln. Das Grundprinzip ist einfach: Das Elektroauto wird über eine im Boden verlegte Spule drahtlos geladen. Beim Ladevorgang durchfließt Strom die Spule im Boden, ein Magnetfeld baut sich auf. Dieser Vorgang induziert in einer zweiten Spule im Fahrzeug einen elektrischen Strom, der zum Laden der Fahrzeugbatterie verwendet wird.
Um das simple Grundprinzip allerdings mit der angestrebten Ladeleistung von 22 kW in die Praxis umzusetzen, ist noch viel Forschungsarbeit notwendig: „Wie müssen die Ladestation und die fahrzeugseitigen Komponenten ausgelegt werden? Wie soll das fahrzeugseitige Packaging unter Bauraum-, Gewichts- und Sicherheitsaspekten gelöst werden? Welche Herausforderungen ergeben sich daraus für die Systemtopologie?“, fasst Projektleiter Baier nur einige der Forschungsschwerpunkte zusammen.
Um die berührungslose Schnellladung optimal in das Fahrzeug und auch in das Stromnetz zu integrieren, wird das Projektteam noch einige technische Herausforderungen lösen müssen. Das Projekt BIPoLplus wird daher durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) im Rahmen des Spitzenclusters Elektromobilität Süd-West mit insgesamt rund 5,1 Mio. Euro gefördert. Das gesamte Projekt hat ein Volumen von 9,9 Mio. Euro und läuft von Januar 2013 bis Dezember 2015.
Speicherung von überschüssigem Ökostrom
Bis dahin gilt es, die komplette Steuerung des Ladeablaufs inklusive Kommunikation zwischen Ladestation und Fahrzeug zu entwickeln und auch die Netzintegration in den Blick zu nehmen. Die Netzintegration des Ladesystems in das Energieversorgungsnetz könnte nämlich auch zur Blindleistungserzeugung genutzt werden. So könnte die weitere Integration zusätzlicher dezentraler Energieerzeuger – etwa die Speicherung von überschüssigem Ökostrom – in hoch ausgelasteten Verteilnetzen gelingen.
Solch komplexe Aufgaben können nur gemeinsam gelöst werden. Zu den acht Projektpartnern gehören die Daimler AG (Projektleitung), Robert Bosch GmbH, Conductix-Wampfler GmbH, EnBW Energie Baden-Württemberg AG, Porsche AG sowie die Forschungseinrichtungen DLR Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt, KIT Karlsruher Institut für Technologie und die Universität Stuttgart. Das DLR ist dabei vertreten durch das Institut für Fahrzeugkonzepte, das KIT durch die Institute für Fahrzeugsystemtechnik (FAST) und für Elektroenergiesysteme und Hochspannungstechnik (IEH). Die Universität Stuttgart ist mit den Instituten für Verbrennungsmotoren und Kraftfahrwesen (IVK) und Elektrische Energieumwandlung (IEW) mit von der Partie.
Parkplatz wird zur Ladezone
Die berührungslose Schnellladung hat das Potenzial, den Ausbau der Elektromobilität deutlich zu beschleunigen und so die Akzeptanz für die Technik zu erhöhen. Der Ladevorgang ist komfortabler als das Betanken konventioneller Fahrzeuge und kann en passant etwa auf Parkplätzen erfolgen. Weiterer großer Vorteil: Die Spule ist fest im Boden verbaut und schlummert unauffällig unter der Oberfläche, sodass Schäden durch Vandalismus nicht zu befürchten sind. Sachbeschädigungen oder Manipulationen an herkömmlichen Ladestationen können hingegen nicht ausgeschlossen werden.
Daimler AG, Tel.: 0711 17-0, dialog@daimler.com Conductix-Wampfler GmbH, Tel.: 07621 62-0, info.de@conductix.com

Elektromobilität Süd-West

Mit rund 80 Akteuren aus Industrie und Wissenschaft ist der Spitzencluster „Elektromobilität Süd-West“ einer der bedeutendsten regionalen Verbünde auf dem Gebiet der Elektromobilität. Der Cluster verfolgt das Ziel, die Industrialisierung der Elektromobilität in Deutschland voranzubringen und Baden-Württemberg zu einem wesentlichen Produktionsstandort elektromobiler Lösungen zu machen.
Mehr unter: www.e-mobilbw.de
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