IAA 2015 Elektrofahrzeuge kabellos laden und entladen

Auf der AA 2015 in Frankfurt vom 15. bis 18. September 2015 stellen Fraunhofer-Forscher in Halle 4, Stand D33, den Prototyp eines kabellosen Ladesystem vor, mit dem Elektroautos nicht nur tanken, sondern Energie auch ins Stromnetz zurückspeisen können. Auf diese Weise helfen sie das Netz zu stabilisieren. Das kabellose Ladesystem erreicht hohe Wirkungsgrade – über den vollen Leistungsbereich von 400 W bis 3,6 kW. Die Abstände zwischen Auto und Ladespule können bis zu 20 cm betragen.

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Es regnet in Strömen. Wer jetzt ein dickes unhandliches Kabel zwischen Elektrofahrzeug und Ladesäule einstecken muss, wird patschnass. Doch es nützt nichts, die Batterie des Elektroautos ist leer. Weitaus bequemer lädt man das Auto mit kabellosen induktiven Ladesystemen: Dabei wird die Energie durch die Luft übertragen, genauer gesagt über ein zeitveränderliches Magnetfeld. Herzstück der Technologie sind zwei Spulen – eine ist in der Straße, auf dem Parkplatz oder in der Garage integriert, eine zweite am Unterboden des Autos. Die Spulen bilden – in Kombination mit entsprechenden Kondensatoren – eine Art resonantes „Antennensystem zur Energieübertragung“. Je näher die beiden Spulen beieinander liegen, desto effizienter wird die Energie übertragen.

Hoher Wirkungsgrad, bidirektionales Laden

Forscher am Fraunhofer-Institut für Windenergie und Energiesystemtechnik IWES in Kassel haben solche induktiven Ladesysteme nun kostengünstiger gestaltet. „Wir nutzen bewusst Standardkomponenten, die bereits auf dem Massenmarkt verfügbar sind“, erläutert Dipl.-Ing. Marco Jung, stellvertretender Abteilungsleiter für Stromrichtertechnik am IWES. Zudem verwenden die Forscher Spulensysteme, die mit weniger Ferritplatten auskommen. Die Platten dienen zur Führung und Abschirmung des magnetischen Feldes und sind aufgrund des enthaltenen Eisenoxids recht schwer. Darüber hinaus sind sie teuer. Durch die Reduktion des Ferritmaterials werden die Spulen nochmals leichter und preiswerter.

Wirkungsgrad von bis zu 95%

Ein weiterer Vorteil: Dank der speziell ausgelegten Leistungselektronik und Spulensysteme funktioniert das System auch dann mit einem sehr guten Wirkungsgrad, wenn die Spule im Auto etwa 20 cm von der Spule in der Straße entfernt ist. „Selbst bei einem Luftspalt von 20 cm erreichen wir einen Wirkungsgrad von 93% bis 95% – und das über den kompletten Leistungsbereich von 400 W bis 3,6 kW“, erklärt Priv.-Doz. Dr.-Ing. René Marklein, Projektleiter am IWES. „Vergleichbare Systeme erreichen solch hohe Wirkungsgrade nur bei einem kleineren Abstand, was den Einsatz bei Fahrzeugen mit größerer Bodenfreiheit einschränkt.“

Ladesystem bietet maximale Flexibilität

Während die Spulen in der Straße und im Unterboden des Autos integriert sind, wird das Ladesystem im Fahrzeug mitgeführt. In ihm ist die Elektronik untergebracht sowie Anschlüsse für verschiedene Ladekabel. Die Wissenschaftler haben es so ausgelegt, dass es dem Fahrer maximale Flexibilität erlaubt: Es ermöglicht nicht nur das induktive Laden, sondern verfügt auch durch ein multifunktionales Systemkonzept über einen ein- und einen dreiphasigen Netzanschluss. So kann der Fahrer das Fahrzeug auch an einer üblichen Steckdose oder einer Ladesäule auftanken.

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