Komfort statt Kabel

Alles ist bereit für den Einsatz der induktiven Ladetechnik – IAV arbeitet mit OEMs an Fahrzeugprojekten

Die Ladetechnologie spielt für die weitere Verbreitung von E-Fahrzeugen eine entscheidende Rolle – denn die Nutzer erwarten, dass sich das Nachladen der Batterie komfortabel durchführen lässt. Die induktive Ladetechnik ist eine Alternative zum kabelgebundenen Verfahren. Die grundlegenden Komponenten sind bereits vorhanden und erste Demonstrationsfahrzeuge zeigen, dass die Technik für den Alltagseinsatz geeignet ist.

„Die induktive Ladetechnik ist ein wichtiges Thema bei den Premiumherstellern, damit können sie ihre Fahrzeuge attraktiver machen“, berichtet Steffen Kümmell, Projektleiter Hochvolt- und Brennstoffzellensysteme bei IAV. „So hat BMW beispielsweise auf der letzten Consumer Electronics Show (CES) in Las Vegas einen i8 mit dieser Technologie präsentiert.“ Die Vorteile liegen auf der Hand: Die Besitzer von E-Fahrzeugen müssten beim Nachladen nicht mehr mit einem sperrigen Kabel hantieren und auch Ladesäulen könnten wieder aus dem Stadtbild verschwinden.

In Kombination mit dem hoch-automatisierten oder autonomen Fahren ist das induktive Laden besonders attraktiv: Das Elektrofahrzeug fährt selbstständig in den heimischen Carport oder auf einen öffentlichen Ladeplatz, ohne dass sich der Fahrer um das Nachladen kümmern muss. So gezeigt von Volkswagen – ebenfalls auf der letzten CES.

Hinzu kommt, dass induktive Ladesysteme vor Vandalismus geschützt sind – die Technik ist im öffentlichen Bereich im Boden versenkt. Und schließlich erlaubt das induktive Laden auch das "Auftanken" der Batterie während der Fahrt: In Zukunft könnte man Spulen in spezielle Ladespuren integrieren und dadurch die Reichweite elektrisch betriebener Fahrzeuge nochmals deutlich erhöhen. „In Frankreich und Italien wird daran gearbeitet“, so Kümmell. „Ein Schritt in diese Richtung sind auch die Projekte in Braunschweig und demnächst in Berlin, bei denen mit hoher Leistung an bestimmten Haltestellen von Buslinien induktiv geladen wird.“

Die Technik für den Serieneinsatz fit machen

IAV beschäftigt sich bereits seit 2008 mit der vielversprechenden Technik und hat 2011 gemeinsam mit PSA einen ersten Prototyp vorgestellt. „Im Moment führen wir Projekte mit OEMs aus dem Pkw- und Nutzfahrzeug-Bereich durch und entwickeln auch eigene Konzepte für Prüfstandsaufbauten“, sagt Kümmell. Das grundlegende Verfahren – die Energieübertragung nach dem Transformatorprinzip – ist bekannt und seit Jahrzehnten in der Praxis bewährt. Jetzt kommt es darauf an, die Technik fit für den Einsatz in Serienfahrzeugen und in der Ladeinfrastruktur zu machen.

Die Primärspule lässt sich beispielsweise fest unter der Asphaltdecke positionieren, kann aber auch vertikal beweglich gestaltet werden – in diesem Fall lässt sich bei gleicher Sekundärspule im Fahrzeug ein optimaler Wirkungsgrad über 90 Prozent durch den variablen Abstand einstellen – unabhängig vom Fahrzeugmodell und dessen Bodenfreiheit. Zusätzliche Systeme stellen sicher, dass sich während des Ladevorgangs keine Fremdkörper oder Lebewesen im Luftspalt, zwischen den beiden Spulen befinden (Foreign Object Detection, FOD) – je kleiner der Luftspalt desto einfacher ist dies sicherzustellen. Die Größe der Primärspule hängt von der zu übertragenden Leistung ab, die zwischen 3,6 Kilowatt in der privaten Garage und bis zu 400 Kilowatt für Busse oder Lkws schwanken kann. Sie ist in jedem Fall aber deutlich kleiner als das Fahrzeug.

Die Sekundärspule eines Elektro-Pkws hat bei 3,6 Kilowatt Ladeleistung ungefähr die Größe eines DIN-A4-Blattes und sollte mit circa zehn Zentimetern Genauigkeit über der Primärspule positioniert werden. „Hier kann das Infotainmentsystem den Fahrer unterstützen“, erklärt Kümmell. „Besonders komfortabel wären natürlich Fahrzeuge, die sich automatisch auf die beste Position stellen.“ Neben einem optimalen Wirkungsgrad bei der Energieübertragung müssen die Entwickler auch sicherstellen, dass es keine Probleme mit der elektromagnetischen Verträglichkeit (EMV) gibt – dass also keine elektrischen oder elektronischen Systeme durch die Magnetfelder der Spulen gestört werden.

Ein Standard für das induktive Laden ist in Arbeit

Für eine Interoperabilität zum Beispiel im öffentlichen Raum ist neben den magnetischen und elektrischen Eigenschaften eine einheitliche Kommunikationsschnittstelle entscheidend, über die beispielsweise das Fahrzeug der Ladeinfrastruktur die maximale Ladeleistung mitteilt. Solche Standards sind momentan in der Entwicklung: Sowohl bei SAE als auch IEC sind grundlegende Spezifikationen und Kommunikation in Bearbeitung.

Steffen Kümmell rechnet mit einem schrittweisen Einzug der induktiven Ladetechnik im Pkw-Bereich: „Zuerst wird sie wahrscheinlich im privaten Umfeld genutzt, danach könnten beispielsweise Einkaufszentren ihren Kunden das kostenfreie Laden von Elektrofahrzeugen als Mehrwert anbieten. Im letzten Schritt könnte man die Infrastruktur dann flächendeckend ausrollen.“

Fahrstreifen für das dynamische Laden während der Fahrt wären das Maximum und eine Voraussetzung, um elektrische Antriebe auch im Schwerlastverkehr einzusetzen und dadurch seinen CO2-Ausstoß deutlich zu verringern – denn die andernfalls erforderlichen großen und schweren Batterien wären für den Einsatz in Lkws nicht geeignet.

Nach diversen Eigenentwicklungen und Kundenprojekten ist IAV bestens für die Einführung der induktiven Ladetechnik in Serienfahrzeuge vorbereitet. „Alle Bestandteile dafür sind vorhanden und mehrere OEMs arbeiten daran“, so Kümmell. „IAV kann auf seinen Erfahrungen aufbauen und die mechanische, elektrische und funktionale Integration ins Fahrzeug übernehmen.“