Grundlegende Entwicklungen der Elektromobilität

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Laden ohne Kabel

Eine Herausforderung für E-Mobil-Besitzer ist derzeit noch das Laden. Wer Strom tanken will, braucht ein Kabel und viel Zeit. Das soll sich ändern. Fraunhofer-Experten arbeiten nicht nur an Schnellladelösungen wie dem Batteriebus EDDA, der in 15 Sekunden mit 700 Kilowatt laden kann, sondern auch an der kontaktlosen induktiven Energieübertragung – ähnlich wie bei der elektronischen Zahnbürste.

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Beim induktiven Laden lässt sich Strom durch Magnetfelder quasi über die Luft übertragen. Dafür benötigt man elektrische Spulen, die zum einen in der Straße, einem Parkplatz oder der Garage und zum anderen im Auto verbaut sind. Bringt man die beiden Spulen im richtigen Abstand zusammen, fließt Strom und der Akku im Fahrzeug wird geladen.

Eine vielversprechende Lösung haben Experten des Fraunhofer-Instituts für Windenergie und Energiesystemtechnik IWES in Kassel entwickelt. Ihr System kombiniert nicht nur kabelgebundenes sowie induktives Laden, sondern ermöglicht es auch, bei Bedarf den gespeicherten Strom wieder ins öffentliche Netz einzuspeisen. So könnten die Batterien der Stromer künftig auch als Zwischenspeicher für überschüssige Energie aus Sonne oder Wind genutzt werden.

Der besondere Clou des Systems: "Wir verwenden für die unterschiedlichen Funktionen dieselben Komponenten. So ist das neue Ladegerät bis zur Hälfte kostengünstiger und nimmt etwa 45 Prozent weniger Raum im Fahrzeug ein als andere Lösungen, die es im Moment in Forschung und Entwicklung sowie konventionell gibt", rechnet Marco Jung vom IWES vor. Das multifunktionale, bidirektionale Ladesystem ist bereits zum Patent angemeldet.

Selbstfahrende Stromer

Induktives Laden ist vor allem fürs Carsharing interessant. Im Projekt "Gemeinschaftlich-e-Mobilität: Fahrzeuge, Daten und Infrastruktur" (GeMo) entwickelten sechs Fraunhofer-Institute eine Infrastruktur aus induktiven Ladestationen und Cloud-basiertem Lademanagement. Die ersten Prototypen des Ladesystems arbeiten sehr effizient: Die übertragbare Leistung beträgt bis zu 22 kW. Damit lässt sich eine übliche Elektrofahrzeugbatterie in weniger als einer Stunde auf 80 Prozent ihrer Nennkapazität laden.

Noch bequemer für den Autofahrer wäre es, wenn die E-Autos eigenständig die nächste induktive Ladestelle anfahren könnten. Ingenieure des Fraunhofer-Instituts für Produktionstechnik und Automatisierung IPA arbeiten an selbstfahrenden Stromern. Ihre Idee: In einem entsprechenden ausgerüsteten Parkhaus kann man künftig sein E-Mobil einfach auf einen beliebigen freien Stellplatz parken. Alles Weitere erledigt das Auto allein. Es stimmt sich mit dem zentralen Rechner ab und fährt dann automatisch zu einer freien Stromtankstelle. Ist es aufgeladen, macht es Platz für das nächste Elektroauto. So ließen sich die wenigen vorhandenen induktiven Ladeplätze sehr effizient nutzen.

Praktisch wäre es auch, wenn sich die Batterie direkt beim Fahren aufladen lassen. Dass dies tatsächlich auch funktioniert, zeigten Forscherinnen und Forscher des IFAM und des IVI gemeinsam mit Firmen auf einer Teststrecke im Emsland. Dort wurden direkt in die Fahrbahn Spulen eingebaut. Fuhr man mit einen entsprechend ausgestatteten Elektrowagen über das Teilstück, wurden die Batterien mit Strom versorgt.

Für Stadtfahrzeuge der Zukunft entwickelten Experten aus dem IFAM sowie aus den Fraunhofer-Instituten für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF und für Integrierte Systeme und Bauelemente IISB einen innovativen Antriebsstrang. Das System besteht aus einem luftgekühlten elektrischen Radnabenmotor mit einer Spitzenleistung von 18 Kilowatt samt integriertem Umrichter, der für eine maximale Betriebsspannung von 120 Volt ausgelegt ist und die benötigte Spannung generiert. Über einen luftgekühlten, bidirektionalen 500 Ampere Gleichspannungswandler wird der Antrieb mit Energie aus einer 48-V-Batterie versorgt.

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