Senkrechte Ladespulen sorgen für besseres induktives Laden
Gerade erfunden wird das Ladekabel für Elektroautos bald wieder in der Mottenkiste verschwinden. Viele Autohersteller arbeiten an kabelloser induktiver Ladetechnik. Jetzt haben Fraunhofer-Forscher vorgeschlagen, die Technik nicht im Boden, sondern senkrecht zu installieren. Das erlaubt kürzere Ladezeiten.
Elektroautos berührungslos via Induktion aufzuladen ist noch Zukunftsmusik. Ingenieure arbeiten aber trotzdem schon an der nächsten Generation induktiver Ladetechnik. Sie verlagern die Spulen aus dem Boden in eine Säule. Die Empfängerspule liegt direkt in der Front des Autos. Dadurch ist der Abstand beider Spulen so gering, dass der Ladevorgang erheblich besser funktioniert.
Foto: Fraunhofer IISB
Zugegeben, das Szenario ist gewagt: Katzen räkeln sich künftig nicht nur auf warmen Motorhauben, sondern sie liegen auch unter den Autos – ganz genau dort, wo die Sendespulen für das Laden von Elektroautos im Boden eingelassen sind. Denn auch dort wird es künftig schön warm sein. Das wäre nicht so schlimm, würden die Stubentiger dadurch nicht das elektromagnetische Feld und damit den Ladevorgang stören.
Ladetechnik künftig in der Front des Autos
Auch metallischer Dreck unter der Empfängerspule im Auto könnte den Ladevorgang behindern. Denn die Spulen liegen genau dort, wo das Auto am schmutzigsten ist und der Straßendreck an den Unterboden spritzt. Doch die Ingenieure des Fraunhofer-Instituts für Integrierte Systeme und Bauelementetechnologie (IISB) in Erlangen haben jetzt eine einfache Lösung vorgestellt: Sie verlagern die Empfängerspule zur Front des Autos, die Sendespule liegt senkrecht in der Wand.
Das löst nicht nur das Problem möglicher Verschmutzung. Der entscheidende Vorteil: Parkt man das Auto unmittelbar vor der Wand, reduziert sich der Abstand zwischen Sende- und Empfängerspule auf nur noch wenige Millimeter oder Zentimeter. Liegen die beiden Spulen im Boden und im Unterboden des Autos, ist der Abstand mit mindestens 15 Zentimetern deutlich größer.
Abstand zwischen den Spulen reduziert sich drastisch
Der Abstand und die Position beider Spulen ist entscheidend dafür, wir gut der induktive Ladevorgang ablaufen kann. Beide Spulen müssen sich am besten genau übereinander befinden. Die stromdurchflossene Bodenspule erzeugt ein starkes elektromagnetisches Feld, das von der Spule des Fahrzeugs eingefangen und in Strom umgewandelt wird. Dieser Strom wird gleichgerichtet und lädt die Batterien. Genauso funktioniert ein Transformator.
Bisher wird diese Technik vor allem zum Laden von Elektrobussen genutzt. BMW und Daimler arbeiten aber aktuell an einer Pkw-Version. Auch Audi-Entwicklungsvorstand Ulrich Hackenberg hat vor kurzem angekündigt, dass Audi die Technik entwickelt.
Fraunhofer entwickelten abknickbare Ladesäule
Bernd Eckardt, Abteilungsleiter Fahrzeugelektronik am Fraunhofer-Institut (IISB) hatte die zündende Idee, die Position der Spulen zu verändern. Er holte die Spule aus der Erde und montierte sie an einer Säule. Das Gegenstück im Auto verlegte er in den Bug des Fahrzeugs, sodass sich der Abstand zwischen den Spulen drastisch verringern ließ.
Dadurch verbessert sich der Wirkungsgrad von 70 bis 80 Prozent auf 95 Prozent, so Eckardt. Außerdem reichen Spulendurchmesser von zehn statt 80 Zentimetern, ein Beitrag auch zur Gewichtsverringerung, wichtig vor allem im Pkw. Denn damit erhöht sich die Reichweite. Die Ladesäule besteht aus Kunststoff und ist gelenkig gelagert. Ungeschickte Autofahrer, die dagegen fahren, richten keinen Schaden an. Die Säule kippt einfach um.
Der Prototyp der Station hat eine Übertragungsleistung von drei Kilowatt. „Aktuelle Elektroautomodelle sind innerhalb einer Nacht aufgeladen“, sagt Eckardt. Jetzt arbeiten er und sein Team daran, die Leistung durch Veränderung der Spulengeometrie zu erhöhen.
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