Elektroautos effizient induktiv laden

Kabelsalat ist gefährlich und sollte schnellstmöglich aus unserem Leben verschwinden. Gerade an Tankstellen sind Kabel eine potenzielle Gefahrenquelle. Damit könnte bald Schluss sein. Denn Forscher arbeiten daran, dass Elektroautos kabellos mit Strom aufgeladen werden.

Erlangen – 30.07.2014 – Kabelsalat ist gefährlich und sollte schnellstmöglich aus unserem Leben verschwinden. Gerade an Tankstellen sind Kabel eine potenzielle Gefahrenquelle. Damit könnte bald Schluss sein. Denn Forscher arbeiten daran, dass Elektroautos kabellos mit Strom aufgeladen werden. „Elektromagnetische Induktion“ heißt hier das Zauberwort beziehungsweise das physikalische Prinzip, das dahinter steckt. Dabei überträgt ein Magnetfeld Strom über die Luft.

Jede stromdurchflossene Leitung erzeugt ein Magnetfeld. Dass dieses selbst Strom erzeugt, hat der englische Physiker Michael Faraday im 19. Jahrhundert nachgewiesen. Stimmt die Ausrichtung zweier Leitungen im Magnetfeld überein, kann über die Luft Energie übertragen werden. Das funktioniert im Prinzip wie ein durchgeschnittener Transformator«, erklärt Dr. Bernd Eckardt, Abteilungsleiter Fahrzeugelektronik am Fraunhofer-Institut in Erlangen. Bekannte Beispiele für diese Energieübertragung sind induktive Ladestationen für elektrische Zahnbürsten oder Smartphones sowie induktive Kochplatten.

Industrie und Wissenschaft arbeiten seit einigen Jahren daran, die Induktion auch für das Laden von Elektrofahrzeugen zu nutzen. Der bisherige Ansatz: Induktionsspulen auf der Fahrzeugunterseite und Ladestationen im Erdboden. Die Herausforderungen sind groß: Wegen des großen Abstands von bis zu 15 Zentimetern zwischen Fahrzeug und Boden müssen die Spulen leistungsstark sein, das heißt groß. Das treibt die Kosten nach oben. Außerdem besteht die Gefahr, dass Gegenstände oder Tiere die Stromübertragung stören. Katzen zum Beispiel empfinden die leicht erwärmte Ladefläche am Boden als angenehm. Besonders problematisch: Metallische Papiere wie zum Beispiel Kaugummi- oder Zigarettenverpackungen können unter das Auto auf die Induktionsfläche geweht werden und sich so stark erwärmen, dass sie sich entzünden.

Die Erlanger Forscher verfolgen deshalb einen alternativen Ansatz: Im Projekt »Energie Campus Nürnberg« haben sie innerhalb eines Jahres ein System entwickelt, bei dem das Elektrofahrzeug von der Vorderseite aus geladen wird (http://www.encn.de). Da das Auto näher an die Induktionsquelle fahren kann – sie im Prinzip berührt – sind die Durchmesser der Spulen wesentlich kleiner als bei der Bodenvariante: 10 Zentimeter statt 80 Zentimeter: Das System ist effizienter, kostengünstiger und es ist weniger wahrscheinlich, dass Hindernisse den Energiefluss stören. Die etwa hüfthohe Ladesäule ist aus Kunststoff und gibt nach hinten nach, wenn sie vom Fahrzeug berührt wird. Wenn der Druck zu stark wird, klappt sie nach unten weg. »Das Auto kann quasi darüber hinwegfahren. Schäden an der Karosserie entstehen bei der Berührung nicht«, so Eckardt. Mehrere Spulen – vertikal überlappend in der Säule und horizontal überlappend hinter dem Nummernschild des Fahrzeugs – lassen den Strom auch dann fließen, wenn die Säule nicht exakt von vorne und mittig angefahren wird – egal wie groß oder hoch das Auto ist.

Das Design der Drahtrollen ist wichtig, denn sie sind es, die Richtung und Stärke des Magnetfelds bestimmen. „Wir haben die Leistung im vergangenen Jahr kontinuierlich hochgeschraubt, so dass unser Prototyp aktuell drei Kilowatt (KW) mit einem Wirkungsgrad von 95 Prozent überträgt. Aktuelle Elektroauto-Modelle sind innerhalb einer Nacht aufgeladen“, sagt Eckardt.

Ziel der Forscher ist es nun, die Leistungsstärke der Spulen weiter zu erhöhen – insbesondere, um den Entwicklungen in der Batterietechnologie gerecht zu werden – und den Preis für die Ladestation weiter zu senken.