Ladeinfrastruktur Induktiv Laden mit individueller Leistung

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Das induktive Laden von E-Fahrzeugen verspricht unkomplizierte Elektromobilität. Ein zum Patent angemeldetes Verfahren soll einige Nachteile bisheriger Systeme vermeiden. Erste Tests sind vielversprechend.

Fünf Grad, Nieselregen, eine Ladesäule und ein nasses, störrisches Ladekabel das zurück in den Kofferraum muss: Elektromobilität ist nicht immer elegant. Immer wieder gibt es deshalb Projekte, in denen Entwickler das induktive Laden erforschen. Das heißt: mit dem E-Fahrzeug über eine Ladespule fahren, fertig. Im Boden befindet sich dafür eine Sendespule, im Fahrzeug eine Empfängerspule. Ganz ähnlich dem Laden einer elektrischen Zahnbürste.

Die Systeme gibt es, Autohersteller haben Prototypen oder Kleinstserien gefertigt; nur im täglichen Leben sind die Anlagen kaum zu sehen. Zu geringe Ladeleistungen, zu große Verlustleistungen und der konstruktive Aufwand bremsen bisher den Enthusiasmus.

Der Entwicklungsdienstleister „EDAG“ hat ein Konzept zum Patent angemeldet, das diese Schwierigkeiten zumindest teilweise lösen soll. Dazu haben Entwicklungsingenieur Jochen Rohm und sein Team im Projekt „LaneCharge“ die Ladeintelligenz ins Fahrzeug verlegt. Die in die Straße eingelassene Technik ist entsprechend einfacher und robuster als bisher. Die Ladeelektronik regelt individuell für jedes E-Fahrzeug, wie viel Leistung sie der Sendespule abnimmt.

Ladeleistung individuell regeln

Das bedeutet: „Eine einzige Elektronikbaugruppe kann straßenseitig mehrere Sendespulen versorgen, während jedes Fahrzeug die Energieabnahme aus seiner Sendespule selbst steuert; ohne Echtzeitkommunikation“, erklärt Rohm. Das schont die Ressourcen und senkt die Kosten für die Infrastruktur.

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Bei bisherigen induktiven Verfahren waren die Sendespulen nicht einzeln regelbar, die übertragene Leistung aller Spulen wurde auf das Fahrzeug mit dem niedrigsten Ladebedarf eingestellt. Zudem war eine meist WLan-basierte Echtzeitkommunikation für die Regelung notwendig.

Erste Tests bestätigen theoretischen Ansatz

Dass ihr Ansatz funktioniert hat das Team um Rohm in den vergangenen Wochen bewiesen. Auf dem Testgelände der Hochschule Hannover erprobten die Entwickler die Integration von vier unterschiedlich gestalteten Sendespulen in die Straße. Mit Erfolg: Mit der gängigen Gussasphalt-Technik bauten sie die Sendespulen schadenfrei in die Straße ein.

Außerdem testeten sie den Regler unter realitätsnahen Bedingungen mit in der Fahrbahndecke verbauten Sendespulen; und die gleichzeitige Energieübertragung durch zwei Sendespulen mit einer gemeinsamen Leistungselektronik in der Straßenseite. Das Ergebnis: Die Primärseite wurde durch den unterschiedlichen Leistungsbedarf auch bei Laständerung nicht beeinflusst. Auch die beiden Sekundärsysteme beeinflussten sich nicht gegenseitig.

Projekt E-Charge

E-Fahrzeuge induktiv während der Fahrt laden

Aktuell verbessert das Team um Jochen Rohm die Hardware und bereitet weitere Tests vor. Ihr Projektziel für 2022 ist, „dass die Technik unter realitätsnahen Bedingungen auf dem Testfeld einwandfrei funktioniert und abschließend die öffentliche Demonstration am Taxistand vor dem Hauptbahnhof Hannover folgen kann.“

Konstruktiver Mehraufwand im E-Fahrzeug?

Verschiebt das Lade-Konzept aber nur den konstruktiven Aufwand von der Straße weg ins Auto? „Wenn das System bereits in der Konzeptphase der Fahrzeugentwicklung vorgesehen wird, entsteht kein nennenswerter Mehraufwand gegenüber konventionellen Konzepten mit primärseitiger Regelung“, sagt Rohm. „Mit kleinen Softwareanpassungen ist unser System auch kompatibel zu primärseitig geregelten Systemen.“

Dass die Entwicklung von Fahrzeugplattformen für E-Fahrzeuge bei den meisten Volumenherstellern bereits sehr weit fortgeschritten ist, sei dabei ebenfalls kein Nachteil: „Wir erwarten, dass die Option „induktives Laden“ bei der Evolution der bestehenden Plattformen in vielen Fällen hinzukommen wird. Bei Plattformen der nächsten Generation erwarten wir von vornherein einen sehr hohen Durchdringungsgrad dieser Ladetechnik“, gibt sich Rohm zuversichtlich. Und: „Unser System ist als ‚minimalinvasive‘ Nachrüstlösung konzipiert. Das ermöglicht deren Einzug in fertig ausgelegte BEVs mit konduktiver Ladeschnittstelle.“

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Erste Tests des Systems sollen an der Hochschule Hannover stattfinden. Ab dem Jahr 2023 wollen die Projektpartner das Verfahren am Taxistand vor dem Hauptbahnhof Hannover einsetzen. „Das System eignet sich aber für alle Pkws.“ Ähnliche Projekte gibt es in Graz und Wien, wobei es sich dabei um eine konduktive Verbindung handelt. Das heißt: Sender und Empfänger sind physisch miteinander verbunden.

Ladeleistung wie an der Haushaltssteckdose

Und wie sieht es mit der Lade- und Verlustleistung aus? „Wir erreichen aktuell einen Wirkungsgrad von 95 Prozent beim DC-DC-Laden mit bis zu 3,6 Kilowatt pro Fahrzeug“, beschreibt Rohm. Das ist nicht eben Schnell-Laden. Dafür ist es denkbar, zum Beispiel Parkplätze mit entsprechenden Systemen auszurüsten.

Ein Szenario könnte dann sein, dass das E-Auto etwa während des Einkaufs geladen wird; und dabei das Hantieren mit Ladekabeln entfällt. Das könnte den subjektiven Eindruck entkräften, ständig an einer Ladesäule zu stehen. Einen ähnlichen Ansatz verfolgen die Projektpartner bei den geplanten Tests mit Taxis, die regelmäßig und planbar an festgelegten Plätzen stehen.

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Eine andere Möglichkeit erforschen Entwickler im Projekt „E-Charge“. Hier sollen ganze Straßenabschnitte mit induktiver Ladetechnik ausgerüstet werden; die E-Fahrzeuge würden dann während der Fahrt geladen.

Was ist das Projekt „LaneCharge“?

Im Rahmen des Forschungsprojekts „LaneCharge“ entwickeln Edag, die Hochschule Hannover, die Technische Universität Braunschweig und Sumida Components & Modules ein Konzept für ein Gesamtsystem zum Laden für E-Taxis. Das Projekt wird mit knapp 2,8 Millionen Euro gefördert; im Rahmen der Förderrichtlinie Elektromobilität des Bundesministeriums für Verkehr und digitale Infrastruktur. Die Richtlinie wird koordiniert durch die Now GmbH und umgesetzt durch den Projektträger Jülich.

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