Strom aus der Straße

11.09.2009 // Vision berührungslose Energieversorgung von Elektroautos.

Berlin. Die Zukunft des Automobils ist elektrisch. Darüber gibt es kaum noch Zweifel. Das größte Problem des Elektroautos ist jedoch die begrenzte Reichweite von derzeit maximal 150 bis 200 Kilometern – trotz modernster Lithium-Ionen-Batterie-Technologie. Das Engineering-Unternehmen IAV verfolgt einen vielversprechenden Ansatz, um Elektroautos in Zukunft einfacher, zuverlässiger und bequemer mit Strom zu versorgen und dadurch die Reichweite des Elektroautos deutlich zu erhöhen: „Der Akku wird ohne Kabel während der Fahrt oder beim Parken aufgeladen“, erklärt Wilfried Nietschke, IAV-Bereichsleiter für Technologie Monitoring, das Prinzip. Induktionsschleifen in der Fahrbahn erzeugen ein Magnetfeld, das die Autos berührungsfrei mit Energie versorgt. Steckdose und ein Kabel sind nicht erforderlich. Lang andauernde Ladeprozeduren oder das aufwendige Wechseln der Batterie können ebenfalls entfallen.

Nietschke ist zuversichtlich, die innovative Technologie in den nächsten Jahren zur Serienreife entwickeln zu können: „Im Modellversuch funktioniert unser neues System bereits tadellos“, sagt der Elektroingenieur und präsentiert als Beweis eine Anlage im Maßstab 1:28. Ein Stück „Ladestraße“ zur Demonstration und eine Versuchsstrecke im Maßstab 1:1 werden bereits in Niedersachsen geplant.

IAV macht sich für sein zukunftsweisendes Projekt die physikalischen Gesetze, insbesondere das Maxwell'sche Induktionsgesetz, zunutze. Stromdurchflossene elektrische Leiter bilden ein magnetisches Feld aus. Wenn der Leiter mit Wechselstrom durchflossen wird, kann in einem zweiten elektrischen Leiter eine Spannung induziert werden, obwohl die beiden Leiter sich nicht berühren. Dieses magnetische Feld wird durch stark eisenhaltige Materialien und genau abgestimmte Frequenzen des Wechselstroms so geführt, dass mit hoher Effizienz die Energie vom sendenden zum empfangenden Stromkreis übertragen wird.

Strom tanken während der Fahrt oder beim Parken

In der Praxis wäre zukünftig die Fahrbahn mit versenkten elektrischen Leitern bestückt, die ein Magnetfeld erzeugen. Am Unterboden des Elektroautos befände sich als Gegenstück ein berührungsfreier Aufnehmer, in dem der Strom induziert wird. Das kann direkt während der Fahrt geschehen oder auf Vorrat (bis der Akku voll ist) beim Parken. „Die Straße wird so zum Range Extender“, macht es Wilfried Nietschke anschaulich. In der Autoproduktion oder auf großen Lagergeländen werden schon heute ferngesteuerte Flurförderfahrzeuge auf diese Art automatisch bewegt und mit Strom versorgt. Ebenso ist die Entwicklung induktiver Stromversorgung von Computern oder Elektrogeräten im Haushalt ein großes Forschungsthema, um den lästigen „Kabelsalat“ abzuschaffen.

„Das seit Langem bekannte Prinzip der elektromagnetischen Induktion bietet zahlreiche Vorteile gegenüber allen bisher diskutierten Alternativen“, ist Wilfried Nietschke daher überzeugt. Induktion ist unempfindlich gegenüber Witterungseinflüssen, und es gibt keinen mechanischen Verschleiß. Die induktive Stromabnahme am Fahrzeug ist von außen auch nicht zu sehen und erlaubt daher den Automobil-Designern alle gewohnten gestalterischen Freiheiten.

Sogar Fernsteuerung wäre möglich

Der Primärleiter in der Fahrbahn könnte darüber hinaus ein Steuersignal übertragen, mit dem das Auto auf der virtuellen Schiene ferngesteuert werden könnte. Das Prinzip ist von der „Carrera“-Modellautorennbahn bekannt, funktioniert aber auch berührungslos und ohne Schlitz in der Fahrbahndecke.

Der Übertragungsverlust ist bei der Induktion mit rund zehn Prozent gering und hängt ganz entscheidend vom Abstand zwischen Fahrbahn und Fahrzeug ab. Die optimale Distanz könnte mithilfe eines aktiven Fahrwerks und optoelektronischer Messverfahren automatisch eingeregelt werden.

Im Serieneinsatz würde ohnehin ein Steuerungssystem erforderlich sein, das den Ladevorgang nur dann aktiviert, wenn per Sensor zweifelsfrei festgestellt wurde, dass sich tatsächlich auch ein Elektroauto über dem Induktionsfeld befindet. Das gilt gleichermaßen für das Parken wie das Fahren, wobei die Straße aufgrund des hohen Wirkungsgrades des Systems nur abschnittsweise mit Induktionsschleifen versehen werden müsste. Die exakte Identifikation eines bestimmten Fahrzeugs (beispielsweise per Funkchip) ist auch für ein korrektes Abrechnungsverfahren unverzichtbar. Daran arbeitet IAV ebenfalls.

Elektromotoren für den Einsatz im Automobil optimieren

IAV forscht aber nicht nur an der Stromversorgung, sondern beschäftigt sich auch intensiv mit der Verbesserung des Elektromotors für das Automobil. Die E-Maschine ist zwar durch den Einsatz in Straßenbahnen oder Elektrogeräten bewährt und ausgereift, könnte und sollte aber für das Automobil umfangreich optimiert werden. Zu den Entwicklungszielen gehört unter anderem, das Motorgewicht und das Bauvolumen zu verringern, die Leistungsausbeute bei gleichem oder sogar geringerem Energiebedarf zu erhöhen, die Leistungsverluste im Antriebsstrang durch Getriebe oder Antriebswellen zu reduzieren (beispielsweise durch „Radnabenmotoren“) und die Fertigung kostengünstiger zu gestalten.

Über IAV

IAV ist mit über 3.000 Mitarbeitern weltweit einer der führenden Engineering-Partner der Automobilindustrie. Das Unternehmen entwickelt seit über 25 Jahren innovative Konzepte und Technologien für zukünftige Fahrzeuggenerationen. Zu den Kernkompetenzen gehören serientaugliche Lösungen in allen Bereichen der Elektronik-, Antriebsstrang- und Fahrzeugentwicklung. Zu den Kunden zählen weltweit alle namhaften Automobilhersteller und Zulieferer. Neben den Entwicklungszentren in Berlin, Gifhorn und Chemnitz verfügt IAV über weitere Standorte in Europa, Asien sowie Nord- und Südamerika.