Elektrofahrzeuge und Ladestationen - Zeit den Stecker zu ziehen?

Neue technologische Entwicklungen machen das kabellose Laden zur perfekten Lösung für alle Arten von Fahrzeugen und Transportern.

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Induktion ist nichts Neues – die elektromagnetische Art, elektrischen Strom ohne Draht oder Kabel zu bewegen, wurde vor fast 200 Jahren entwickelt. Und sie wird häufig für Smartphones und Zahnbürsten verwendet. Für Elektrofahrzeuge jedoch war das unhandliche Kabel bisher fast obligatorisch.

Das kabellose Aufladen von Autos und Lastkraftwagen ist seit langem ein heißes Thema, aber aus verschiedenen Gründen hat sich diese Technologie noch nicht durchgesetzt. Vieles deutet jedoch darauf hin, dass es vielleicht an der Zeit ist, den Stecker zu ziehen. Vor allem die Technologie hat sich enorm weiterentwickelt.

Ein Beispiel ist → ein neues drahtloses Hochleistungssystem, das an der Technischen Hochschule Chalmers im schwedischen Göteborg entwickelt wurde und bei dem jedes Gerät 500 Kilowatt drahtlos übertragen kann – ein Vielfaches der Leistung eines normalen kabelgebundenen Schnellladegeräts, und das bei sehr geringen Verlusten.

Ermöglicht wurde dieser Entwicklungssprung durch eine neue Art von Hochleistungshalbleitern auf der Basis von Siliziumkarbid, den so genannten SiC-Bauteilen. Diese können höherer Hitze, höherer Spannung und viel höherer Wechselstromfrequenz standhalten als herkömmliche Komponenten. Dies ist wichtig, weil die Frequenz des elektromagnetischen Feldes die Menge an Energie begrenzt, die zwischen den Stromspulen übertragen werden kann (siehe Kasten).

Darüber hinaus wurde für Elektrofahrzeuge eine neuartige Kupferdrahtspule entwickelt, bei der Tausende von haarfeinen Drähten auf neuartige Weise miteinander verflochten sind. Dies trägt dazu bei, dass bei der Übertragung nur sehr wenig Energie verloren geht.

„Bisherige Systeme zum kabellosen Aufladen von Fahrzeugen verwenden Frequenzen von etwa 20 kHz, ähnlich wie eine normale Herdplatte. Sie wurden sperrig und die Energieübertragung war nicht sehr effizient. Jetzt arbeiten wir mit Frequenzen, die viermal höher sind. Dann wird Induktion plötzlich attraktiv", erklärt Yujing Liu, Professor an der Hochschule Chalmers.

Laden während der Fahrt

Nun gibt es jetzt nicht nur eine Möglichkeit, das Fahrzeug kabellos aufzuladen. Es gibt mehrere Pilotprojekte, unter anderem in Schweden und Deutschland, wo die Straße selbst auf verschiedene Weise elektrifiziert wurde. In einigen Fällen werden wie bei Zügen Oberleitungen und auf dem Dach angebrachte Stromabnehmer verwendet, in anderen Fällen wird eine Stromschiene in den Asphalt eingelassen, die über einen unter dem Lkw angebrachten Arm Strom abgibt. Auf der schwedischen Insel Gotland gibt es eine Straße, auf der seit einigen Jahren Induktionsplatten in den Straßenbelag eingegossen sind, die es ermöglichen, Fahrzeuge zu laden, während diese über die Platten fahren. Der Sinn dieser Lösungen ist, dass die Fahrzeuge während der Fahrt geladen werden können und daher mit kleineren Batterien auskommen.

Gleichzeitig entwickelt sich die Technologie weiter, und die Batterien werden immer günstiger. Vor kurzem hat der Lkw-Hersteller Scania eine eigene Fabrik in Södertälje, Schweden, eröffnet, um seine eigenen Batterien zu produzieren und sie in seine Fahrzeuge einzubauen, was sowohl Kosten als auch Gewicht spart. Bis 2030 soll die Hälfte der von Scania gebauten Lkw elektrisch sein.

Studien bereiten auf Induktionsladung vor

Weltweit gibt es eine Vielzahl von Initiativen zum induktiven Laden. Ein Beispiel dafür ist Göteborg, wo das Energieunternehmen Vattenfall unter anderem mit dem Autohersteller Volvo an einem Projekt arbeitet, bei dem Taxis zwischen den Fahrten induktiv aufgeladen werden. Bei Parkplätzen in der Stadt werden Platten mit Ladespule in die Straße eingelassen. Wenn das Fahrzeug über der Spule geparkt wird, beginnt der Ladevorgang automatisch und der Ladestrom wird per Induktion an die Empfangseinheit des Fahrzeugs übertragen. Gleichzeitig wird der Verbrauch registriert und dem Nutzer über das Zahlungssystem von Vattenfall in Rechnung gestellt. Die Autos werden während des Versuchszeitraums bis 2025 12 Stunden pro Tag und 100.000 Kilometer pro Jahr fahren. Hier lesen Sie mehr über das Experiment und die Green City Zone in Göteborg.

Auch im Bereich des Schwerlastverkehrs laufen eine Reihe von Studien, an denen Vattenfall beteiligt ist. Dazu zählt das Projekt REEL, das die Elektrifizierung des Schwerlastverkehrs im Regionalverkehr beschleunigen soll. Wie bei den Taxis handelt es sich dabei um Fahrzeuge, die relativ kurze Strecken zurücklegen und häufig an Verteilerzentren und anderen logistischen Knotenpunkten halten, die daher mit Ladegeräten ausgestattet werden müssen. Und obwohl das induktive Laden nicht Teil der aktuellen Studie ist, ist bereits jetzt klar, dass die induktive Ladetechnik große und entscheidende Vorteile haben wird:

„Es ist wichtig, dass der Ladevorgang während des Be- und Entladens der Lkw stattfinden kann. Bei der Verwendung herkömmlicher Ladegeräte besteht die Gefahr, dass diese durch die Fahrzeuge beschädigt werden. Daher ist es von großem Vorteil, wenn die Ladevorrichtungen in die Ladebuchten eingebaut sind, in denen die Autos abgestellt werden. Außerdem bleibt den Fahrerinnen und Fahrern das Hantieren mit unhandlichen Kabeln und Steckern erspart", sagt Christian Gruffman, Programmleiter in der Entwicklungsabteilung von Vattenfall.

Die Gedanken von Christian Gruffman werden von der Branche selbst geteilt. In einem Interview mit dem Commercial Carrier Journal sagte Paul Giopsis, CEO der in Kalifornien ansässigen Zeem Solutions: „Was mir an der kabellosen Technologie gefällt, ist die Tatsache, dass sie in den Boden eingelassen ist und nicht auf ein Ladegerät zurückgegriffen werden muss. Aus dieser Perspektive ist es also großartig. Induktives Laden hat ein großes Potenzial, wenn es um schwere Lkw geht", sagt er.

Wie sieht also die Zukunft des kabellosen Ladens für Elektrofahrzeuge aus? Christian Gruffman argumentiert wie folgt: „Vieles spricht für das induktive Laden, und um ehrlich zu sein, dachte ich, es hätte sich bereits durchgesetzt. Ich denke, wir werden es frühestens bei den Pkw und hauptsächlich im Premiumsegment sehen. Es gibt viele Besitzer von Elektrofahrzeugen, die bereit sind, dafür zu zahlen, dass sie sich nicht mit unhandlichen und schmutzigen Ladekabeln herumschlagen müssen. Außerdem sind öffentliche Ladestationen anfällig für Diebstahl und Sabotage, während die kabellosen Geräte unter dem Asphalt geschützt sind. Gerade bei schweren Transporte ist das kabellose Laden eine gute Lösung. Sie wird auf jeden Fall kommen, in einigen Segmenten früher als in anderen.“

Fakten Induktionsladung

Das Phänomen der Induktion wurde 1831 von dem Briten Michael Faraday entdeckt. Wenn Wechselstrom durch eine Spule aus Kupferdraht fließt, entsteht ein Magnetfeld. Wenn eine zweite Spule in das gleiche Magnetfeld gebracht wird, wird die elektromagnetische Kraft aufgefangen und wieder in elektrischen Strom umgewandelt. Dieser kann zum Laden des Akkus einer elektrischen Zahnbürste oder in größerem Maßstab in einem Auto, Lastwagen oder Schiff verwendet werden.

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