Forschen für ›Lade-Bluetooth‹

Markt & Meinung

Kabelloses Laden per Induktion ist für Kunden komfortabler und erfolgt weitgehend automatisiert. Doch es bestehen noch offene Fragen. Gleich drei Projekte zeugen vom Forschungsbedarf.

16. März 2011

Bei der Entwicklung von Ladesystemen für Elektroautos setzen Forschungs- und Infrastrukurprojekte häufig den Fokus auf das Ladekabel. Eine andere Möglichkeit bietet das kabellose Laden per Induktion. Bei Wind und Wetter ist das im Freien komfortabel, aber auch, wenn man am Stellplatz zu Hause beide Hände beladen hat.

Das Laden beginnt ohne jeglichen Bedienvorgang, berührungslos, über den Luftspalt unter dem Fahrzeugunterboden. Der Wirkungsgrad hängt auch vom Abstand zwischen Karosserie und Boden ab. Für Unterflurinstallationen sollte er bei 100 bis 170mm liegen.

Die Ladematte in der heimischen Garage ist auf 50 bis 120mm ausgelegt. Die Ladefläche am Boden erkennt das Fahrzeug über induktive Nahfeldkommunikation.

Marktvolumen im Milliardenbereich

»Es gibt mittlerweile Studien, die das Marktvolumen der kabellosen Energieübertragung global bei 18 Milliarden Euro pro Jahr sehen«, sagt Matthias Wechlin, Produktmanager für induktives Laden bei Conductix Wampfler. »Das hat dann doch selbst einige Marktteilnehmer überrascht.«

Aber noch besteht Forschungsbedarf. Neben der ausstehenden Entwicklung technischer Voraussetzungen am Ladepunkt erfordert die Lösung auch auf Seiten des Autos besondere Bauteile, stellt der Zwischenbericht der Nationalen Plattform Elektromobilität fest.

Bis September laufen etwa im Förderprogramm Elektromobilität des Bundesumweltministeriums auch drei Verbundforschungsprojekte zum Thema induktives Laden: ›W-Charge‹, ›Conductix‹ und ›IndiOn‹.

Übertragen höherer Leistung im Visier

In allen drei Projekten soll ein grundlegendes Konzept für das kabellose Laden mit einem Wirkungsgrad von mehr als 90% untersucht werden, wobei die Entwickler die zu untersuchenden Komponenten vollständig in die entsprechenden Fahrzeuge integrieren.

Herausforderungen sehen sie dabei unter anderem in der Einbindung der Ladeinfrastruktur in die Fahrzeuge, der Kommunikationsverbindung, der Positionierung für den Ladevorgang und für das Laden unter den Gesichtspunkten der elektromagnetischen Verträglichkeit (Elektrosmog).

›W-Charge‹ startete als erstes Projekt. Das Fraunhofer-Institut IWES, Audi Electronics Venture, Paul Vahle und Volkswagen arbeiten hier gemeinsam an der Integration der Komponenten in drei Elektrofahrzeuge für einen Feldtest.

Schwerpunkt bei ›IndiOn‹ ist neben der Realisierung induktiven Ladens die Vorbereitung für Technologien zum Übertragen höherer Leistungen. Damit verbunden ist etwa die Weiterentwicklung der Steuerung der Inverter. Die Partner Siemens und BMW wollen fünf Elektroautos in einem Feldtest einsetzen. Die induktiven Ladestationen sollen Ende 2011 in Berlin getestet werden.

Möglichst exakte Kopplung der Spulen

Im Projekt ›Conductix‹ werden statt reinen Elektroautos zwei Autos mit Range Extender eingesetzt. Partner sind neben Conductix Wampfler Daimler und Röchling. »Die Fahrzeuge werden mit hoher Wahrscheinlichkeit im Raum Stuttgart fahren«, berichtet Wechlin.

»Die Projektziele wie etwa der Wirkungsgrad über 90Prozent und praktikable Positioniertoleranzen werden erreicht werden. Das ist mittlerweile absehbar.« Um den höheren Wirkungsgrad zu erreichen, fahre man eine im Vergleich zum Anlagenbau recht hohe Frequenz und erreiche eine möglichst exakte Kopplung der Spulen.

Standardisierung von zentraler Bedeutung

»Der Wirkungsgrad wird entscheidend sein, weil der Verbraucher Ladeverluste aus dem eigenen Geldbeutel zahlt«, stellt er fest. Gleichzeitig betont er aber: »Ein Stecker und ein Kabel alleine werden auch keine Batterie laden, hierzu gehört noch etwas mehr. Am Ende sprechen wir hier also auch nicht von 100Prozent Wirkungsgrad.«

Ein weiterer Punkt ist der Kostenfaktor. Sven Holthusen, Siemens-Produktmanager für Elektromobilitäts-Infrastruktur sieht die Lade-Variante aktuell als die teuerste im Vergleich zum Steckermodell an. Forscher vom Fraunhofer ISI kommen zu ähnlichen Bewertungen. Wechlin rechnet mittelfristig mit keinem Nachteil bei den Herstellkosten. »Die Betriebskosten des kabellosen Ladens dürften prinzipbedingt geringer sein, da potenzielle Verschleißteile wie Stecker und Leitungen komplett entfallen.«

Optimierungsbedarf sieht er noch bei der Kommunikation zwischen Fahrzeug und Ladepunkt. »Aber da werden wir uns eng an die vorauseilenden Vorgaben bei der Normung der Datenübertragung mit Kabel und Stecker anlehnen.«

Autohersteller und Zulieferer haben im Bundesumweltministerium eine Standardisierungsplattform für induktives Laden eingerichtet. Im VDE hat sich ein Arbeitskreis formiert. »Eine Standardisierung oder besser ausgedrückt, die Fähigkeit zur Interoperation wird von zentraler Bedeutung für die Marktdurchdringung induktiver Lösungen sein«, so Wechlin.

Er rechnet mit ersten Großserienanwendungen ab spätestens 2016. »Asiatische Hersteller haben die ersten Kleinserienapplikationen bereits für das nächste Jahr angekündigt. Wobei mit Kleinserie hier eine Fahrzeugplattform mit bis zu 500.000 Stück pro Jahr angedacht ist.«

Erschienen in Ausgabe: 01/2011