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Dienstag, 23. Januar 2018

E-Mobilität

Spulen statt Stecker

Von Eva Augsten-Alves | 31. August 2017 | Ausgabe 35

2018 wollen Autohersteller die ersten Plug-in-Hybride mit Induktionsladung auf den deutschen Markt bringen.

BU Induktion
Foto: Qualcomm Halo

Parkkünstler gefragt: Autos müssen mit Toleranzen von weniger als 10 cm über der Bodenspule stehen.

Zwei blaue Linien im Bordmonitor weisen beim Parken den Weg. Ist die richtige Position erreicht, leuchtet ein grüner Kreis. Der Ladevorgang startet dann von selbst: Eine Spule am Boden überträgt die Energie per Induktion an eine Spule im Fahrzeug, um dessen Batterie zu laden.

Ab Frühjahr 2018 soll das induktive Laden als Sonderausstattung bei der Plug-in-Variante des Hybridautos BMW 530e iPerformance erhältlich sein. Als Nachrüstoption sind Induktionsladestationen für einige E-Mobile in den USA bereits unter dem Namen Plugless Power beim Anbieter Evatran erhältlich. „BMW wird aber wohl der erste Hersteller sein, der ein induktives Ladekonzept auch in das Bedienkonzept des Fahrzeugs integriert“, sagt Pressesprecher Wieland Bruch von BMW.

Wahrscheinlich wird bald darauf Mercedes folgen, denn die beiden Autohersteller haben gemeinsam an dem System entwickelt. Allerdings hat Mercedes seine Ankündigung von 2016 noch nicht näher präzisiert, das induktive Laden mit dem neuen Modell des S 500 e im laufenden Jahr auf den Markt zu bringen .

Das Ladesystem von BMW braucht bei einer Leistung von 3,2 kW etwa dreieinhalb Stunden, um die Batterie des Plug-in-Hybrids zu füllen. Für den vollelektrischen BMW i3 wollen die Münchener daher voraussichtlich ein Induktionsladesystem mit 7,4 kW Ladeleistung anbieten – für die meisten Kurzstreckenfahrer eine praxistaugliche Ladeleistung. Den Prototypen gibt es bereits. Hinter der Induktionstechnik von BMW und Mercedes stehen der Technologieentwickler Qualcomm Halo, eine Tochter des namhaften Chipriesen und WiTricity. Diese beiden auf induktives Laden spezialisierten Technologieentwickler, arbeiten derzeit an Systemen, die eine Ladeleistung von 11 kW bringen sollen.

Foto: Qualcomm Halo

Auch während der Fahrt kann induktiv geladen werden. Das haben europäische Forscher jetzt auf einer 100 m langen Teststrecke bei Versailles unter Beweis gestellt.

 Diese Leistung ergibt sich, wenn man bei einem in Deutschland üblichen Hausanschluss nicht wie bisher nur eine Phase zum Laden nutzt, sondern einen Drehstromanschluss mit drei Phasen. „Wir bauen gerade die ersten Prototypen mit 11 kW nach den Vorstellungen der Autohersteller“, sagt Thomas Nindl, Director Business Development bei Qualcomm Halo.

Grob überschlagen heißt das für die meisten E-Autos: anderthalb Stunden tanken für 100 km Reichweite. Peter Wambsganß, Europachef für die Geschäftsentwicklung bei WiTricity, rechnet für 2020 oder 2021 mit den ersten Seriensystemen für die Induktionsladung mit 11 kW. Mit derselben Technologie sind im Grunde auch 22 kW möglich, wenn man die Stromstärke verdoppelt.

Damit das induktive Laden den Durchbruch schafft, müssen die Systeme der verschiedenen Hersteller aber auch miteinander kompatibel sein. Dabei haben die Anbieter im letzten Jahr einige Fortschritte gemacht. Entsprechende Normen sind bereits bei den Standardisierungsorganisationen IEC (International Electrotechnical Commission), ISO (International Organization for Standardization) und SAE (Society of Automotive Engineers, USA) in Arbeit.

13 Partner aus Industrie und Wissenschaft erarbeiten und validieren im Projekt „Standardisierung induktiver Ladesysteme über Leistungsklassen“, kurz „Stille“, unter der Konsortialführung der Technologieberatung P3 Automotive aus Aachen Standardisierungsvorschläge, um die sogenannte Interoperabilität der Systeme sicherzustellen. „Die Beschreibung der Schnittstelle ist beim induktiven Laden deutlich komplexer als bei Steckersystemen“, sagt Wambsganß.

Einige Eckdaten haben die Beteiligten aber bereits definiert: Die Schwingungsfrequenz soll bei 85 kHz liegen. Boden- und Fahrzeugsystem sollen per WLAN miteinander kommunizieren. Auch Klasseneinteilungen für die Abstände von Boden- und Fahrzeugspule und für die Ladeleistung stehen schon fest.

Noch nicht ganz einig sind sich die Anbieter dagegen beim Assistenzsystem für das Einparken. Damit das Laden optimal funktioniert, muss sich jedes Fahrzeug nämlich auf weniger als 10 cm genau über jeder Bodenspule ausrichten lassen. Dafür müssen Boden- und Fahrzeugspule miteinander kommunizieren. Innerhalb dieses Toleranzbereichs sorgen dann Regelsysteme für eine optimale Ladeleistung, indem sie zum Beispiel die Frequenz und die Eingangsspannung an die genaue Position und den Ladestand der Batterie anpassen.

Im Projekt Stille wird auch untersucht, wie die Sicherheitssysteme sich verhalten, wenn Boden- und Fahrzeugspulen verschiedener Hersteller kombiniert werden. Wenn sich etwa eine Katze unter dem Auto verkriecht oder Münzen ins Magnetfeld rollen, muss das Sicherheitssystem dies erkennen und das Feld abschalten. Kleinste Objekte verlässlich zu detektieren ohne Fehlalarme auszulösen, war dabei eine Herausforderung. Bessere Sensoren, aber vor allem weiterentwickelte Algorithmen haben Fortschritte gebracht.

Auch im öffentlichen Raum könnte das induktive Laden mittelfristig interessant werden. Es funktioniert im Grunde nämlich auch während der Fahrt – selbst bei 100 km/h. Das hat eine Forschergruppe im EU-Projekt „Fabric“ gerade auf einer Teststrecke bei Versailles gezeigt. Allerdings wurden dafür auf 100 m Strecke 56 Ladespulen verbaut, von denen jede nur für Sekundenbruchteile Energie an das Fahrzeug abgibt – viel Aufwand für wenig Effekt.

Naheliegender ist das semidynamische Laden: An Taxiständen oder Bushaltestellen könnten im Boden versenkte Spulen einen schnellen Energieschub ermöglichen, um die Reichweite zu erhöhen. Vollgetankt wird nach wie vor nach Dienstschluss per Kabel. In Pilotprojekten mit Bussen in London, Madrid und Milton Keynes (Großbritannien) funktioniert das bereits. Für einen breiteren Einsatz müssen die Anbieter noch ein paar Hausaufgaben in Sachen Interoperabilität erledigen.

Und die Ladeleistung am Taxistand sollte zumindest bei 22 kW liegen, kalkuliert Jörg Küfen, von der Forschungsgesellschaft Kraftfahrwesen, einer Ausgründung der RWTH Aachen. Damit könnte man während einer halbstündigen Pause für knapp 70 km Zusatzreichweite nachladen. „Das semidynamische Laden könnte in einigen Jahren in der Praxis relevant werden“, sagt Küfen. „Vorausgesetzt, wir haben bis dahin eine signifikante Zahl von Elektrotaxis.“

Bisher ist das induktive Laden eine Nische. Doch die Beteiligten sind sich einig, dass es spätestens für das autonome Fahren essenziell wird. Qualcomm-Halo-Experte Nindl formuliert es so: „Wenn der Wagen eigenständig in die Tiefgarage fährt, will niemand mit dem Stecker hinterherrennen.“

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