E-Mobilität 18.05.2012, 11:56 Uhr

Elektroautos saugen Strom aus dem Parkplatz

Autohersteller, Zulieferer und Forschungsinstitute treiben die Entwicklung induktiver Ladesysteme für E-Autos voran. Die Normung läuft. Doch gemeinsame Standards sind nur für den stationären Teil der Systeme in Sicht. Beim Gegenpart in den Fahrzeugen sucht jeder Hersteller eigene Wettbewerbsvorteile. Interoperabilität und hohe Wirkungsgrade drohen dabei auf der Strecke zu bleiben.

Einfach parken, der Ladevorgang startet von selbst. Also kein Kabel ausrollen, das im Winter steif und schmutzig ist, mit der Zeit verschleißt und halbstarke Trunkenbolde zu dreisten Streichen reizt. Und keine Ladesäulen, die das Stadtbild stören und in engen Gassen Fußgänger und Rollstuhlfahrer behindern. Die Liste an Vorteilen induktiver Ladesysteme für Elektroautos ist lang.

Ein weiteres starkes Argument ist für Axel Hoppe, Forscher am Magdeburger Institut für Automation und Kommunikation, das häufigere „flache Laden“, das der Lebensdauer der Batterien sehr zugute kommt. „Umfragen und Flottenversuche zeigen, dass Nutzer von Elektrofahrzeugen erst bei niedrigen Batteriekapazitäten nachladen“, berichtete er kürzlich bei einem Workshop auf dem Berliner Forum Elektromobilität.

Kurzzeitparkern sei es zu lästig, Ladekabel ein- und auszurollen. Damit sinke auch die Verfügbarkeit der Elektrofahrzeuge als Stromspeicher in Vehicle-to-Grid-Systemen.

Elektroautos: Berührungsfreie Ladesysteme technisch machbar

Technisch sind die berührungslosen Ladesysteme machbar. In Fabriken sind sie seit zwei Jahrzehnten im Einsatz. Hersteller wie SEW Eurodrive, Vahle oder Conductix Wampfler haben die verschleißfreie Technik etabliert. Der Aufbau ist im Prinzip einfach: Netzstrom fließt über Gleichrichter und Konverter in eine im Boden eingelassene Sendespule. Kommt darüber ein Stromer mit Empfangsspule im Boden zum Stehen, baut sich zwischen den Spulen ein Magnetfeld auf, das die Energie induktiv überträgt. An Bord wird gleichgerichtet, stabilisiert und in die Batterie geleitet. Ein weiteres Spulenpaar überträgt die Abrechnungsdaten.

Laut Hoppe muss die Technik weder von den Kosten noch von den Wirkungsgraden her Vergleiche mit kabelgebundenen Systemen scheuen. Wirkungsgrade über 90 % seien in induktiven Ladesystemen Stand der Technik. Optimierte Leistungselektronik und exakte Abstimmung der Spulen würden die Verluste minimieren. Sebastian Mathar, Koordinator Elektromobilität der Aachener Forschungsgesellschaft Kraftfahrwesen mbH, merkte an, dass die Übertragungsverluste marktüblicher konduktiver Ladesysteme aufgrund suboptimaler Auslegung zuweilen höher seien.

Angesichts der Vorteile beschäftigen sich Hersteller wie Audi, BMW, Daimler, Porsche und VW intensiv mit der Ladetechnik ohne Kabel. Sie arbeiten seit 2009 im DKE-Arbeitskreis 353.0.1 „Berührungsloses Laden von Elektrofahrzeugen“ an der Normung und Standardisierung der Systeme und sind an der internationalen Normung beteiligt.

Das Ziel: Herstellerübergreifend kompatible Systeme für Elektroautos

Bei der Normung geht es um verbindliche Strom-, Frequenz- und Spannungsniveaus, um Mindestwirkungsgrade, Systemsicherheit und elektromagnetische Verträglichkeit. Ziel: herstellerübergreifend interoperable Systeme mit gemeinsamen Schnittstellen. Bisher stehen dabei Systeme mit geringer Leistung im Fokus. Sie sollen im Frequenzbereich um 140 kHz arbeiten und 3,68 kW (16 A bei 230 V) Leistung übertragen. Technisch sind auch Systeme im dreistelligen kW-Bereich realisierbar.

Geklärt ist, dass 17 cm Luftspalt zwischen den Spulen und Spulengrößen von 1 m2 nicht überschritten werden sollen. Systeme bis zu 10 cm Spulenversatz sollen toleriert und im Fahrzeugumfeld die Obergrenze von 27 µ-Tesla eingehalten werden. Weil unter dem Fahrzeug tausendmal höhere Flussdichten herrschen, muss wirksame Abschirmung ebenso sichergestellt sein wie die Systemabschaltung bei Detektion von Fremdkörpern.

Während über den stationären Part der Ladesysteme weitestgehend Einigkeit herrscht, ist Standardisierung des Gegenparts im Fahrzeug nach Mathars Einschätzung nicht in Sicht. Als Mitglied der Normungsgremien hat er gelernt, dass die Autohersteller jeweils eigene Hochvolt-Architekturen und Batteriekonzepte verfolgen und sich damit bewusst von ihren Wettbewerbern abgrenzen. „Das ist das differenzierende Merkmal bei Elektroantrieben“, erklärte er. Trotz dieser Einschränkung sei die deutsche Industrie bei der Normung weiter als der internationale Wettbewerb.

Allerdings birgt die fehlende Standardisierung auf Fahrzeugseite Ungemach für künftige Autokäufer. Denn nur aufeinander abgestimmte Spulenpaare eines Herstellers werden die geforderten Mindestwirkungsgrade von 90 % erreichen. Wenn die Hersteller verschieden große Spulen mit verschieden vielen, unterschiedlich gewickelten Windungen einsetzen, kann von Interoperabilität nur noch bedingt die Rede sein.

Geringere Wirkungsgrade verlängern Ladezeiten für Elektroautos

Schon warnen einige, dass sinkende Wirkungsgrade nicht nur höhere Kosten verursachen, sondern sich als Wärmeverluste bemerkbar machen. „Der Fahrzeugboden wird im Extremfall heiß wie ein Bügeleisen“, erklärte ein Teilnehmer. Hohe Systemwirkungsgrade seien deshalb unabdingbar.

Grund genug für viele Experten die Politik der Hersteller zu kritisieren. Tenor: Anstatt mit vereinten Kräften eine gute Ausgangslage im globalen Wettbewerb zu suchen und faktisch Standards zu setzen, zerfranse der vielversprechende Ansatz der Induktion in Normungsdebatten. Ein potenzieller Profiteur steht schon in den Startlöchern: Nissan will seinen Stromer Leaf ab 2014 mit induktivem Ladesystem anbieten. Es wäre nicht der erste „Early Mover“, dem es gelingt, durch die Macht des Faktischen Standards zu definieren.   

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