Das Ladekabel soll bald überflüssig sein
Während die Batterien von Elektrobussen meist berührungslos aufgeladen werden, sind Besitzer von Elektroautos noch auf Kabel angewiesen. Jetzt untersuchen Wissenschaftler, wie Ladestationen im öffentlichen Bereich und Zuhause beschaffen sein müssen, damit der Wirkungsgrad besonders hoch und die Sicherheit gewährleistet ist.
Zum induktiven Laden werden zwei 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.
Foto: Frank Eppler/DLR
In Genf, Berlin und anderen Städten fahren Elektrobusse, die an den Endhaltestellen berührungslos aufgeladen werden. Bei Personenwagen hat sich das bequeme Verfahren noch nicht durchgesetzt. Es gibt im Wesentlichen experimentelle Ansätze. Meist werden die Fahrzeuge per Kabel an Ladesäulen oder an der heimischen Steckdose aufgeladen. Bei schlechtem Wetter kann das ganz schön lästig sein.
Volle Batterien in weniger als einer Stunde
Doch bald schon wird es wohl auch bei Pkw heißen: Kabel ade. Forscher des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) widmen sich jetzt den Feinheiten: Sie wollen herausfinden, wie eine Leistung von 22 kW, die ausreicht, um die Batterien eines kleinen Elektrofahrzeugs in weniger als einer Stunde berührungslos aufzuladen, am effektivsten und sichersten übertragen werden kann. Ziel ist es, die öffentlichen Ladestationen zu ersetzen, zudem auch das heimische Ladegerät.
DLR-Forscher Bastian Mayer untersucht auf einem selbst entwickelten Teststand unterschiedliche Fehlstellungen beim Parken auf der Ladespule.
Quelle: Frank Eppler/DLR
Berührungsloses Laden beruht auf dem Transformatoreffekt. Wechselstrom fließt durch eine Spule. Er erzeugt ein elektromagnetisches Feld, das eine zweite Spule auffängt. Diese wandelt das Feld wiederum in Wechselstrom um. Im Transformator geht es darum, die Spannung zu verändern, etwa Strom mit einer Spannung von 10.000 V in Haushaltsstrom mit 380 V umzuwandeln.
Beim Laden der Batterien in Elektroautos geht es in erster Linie um die möglichst effektive Weitergabe des Stroms von einer Spule, die sich im Boden befindet, in eine Spule im Auto. Zudem soll die Leistung besonders hoch sein, damit der Ladevorgang in erträglicher Zeit abgeschlossen ist.
Die Brandgefahr scheint gering
Hohe Ströme die durch eine Spule fließen, erwärmen die Umgebung. Zuweilen lassen sich Katzen und andere Tiere, die ein warmes Plätzchen lieben, darauf nieder. Die Frage ist, ob die Spulen, vor allem die im Fahrzeug, gekühlt werden müssen, um ein Durchbrennen und einen möglichen Folgebrand zu verhindern. Nach den bisherigen Erfahrungen der Forscher ist das nicht nötig.
Wirkungsgrad von bis zu 91,5 %
Entscheidend für den Wirkungsgrad der Stromübertragung ist zum einen der Abstand zwischen den Spulen, zum anderen die exakte Positionierung. Während der Abstand baulich bedingt vorgegeben ist – es sei denn, die Spule im Fahrzeug lässt sich absenken – ist der Fahrer dafür zuständig, sein Auto so abzustellen, dass beide Spulen exakt übereinander stehen. Wer schon mal auf eine Hebebühne gefahren ist weiß, dass das exakte Positionieren gar nicht so einfach ist.
Die DLR-Forscher denken schon weiter. Autonom fahrende Autos, wie sie Ford von 2021 anbieten will, haben damit kein Problem. „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“, sagt Bastian Mayer vom DLR-Team. Versuchsauto war ein Porsche Boxster e.
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