E-Fahrzeuge durch induktive Energieübertragung schneller laden

Eine große Chance für die Entwicklung und den weiteren Ausbau im Bereich der Elektromobilität ist das induktive Laden. Gleich zwei große Nachteile der E-Automobilität könnten durch kabellose Energieübertragung behoben werden: Weil man bei dynamischen Ladesystemen öfter und kürzer laden kann, könnten kleinere Batterien verbaut werden, was den Lithiumverbrauch verringern würde. Zudem würden die langen Ladezeiten an einer Ladesäule wegfallen, wenn es möglich wäre, auf Parkplätzen, vor Ampeln oder auf der Wegstrecke das E-Fahrzeug induktiv zu laden.

Ein Forscherteam des Instituts für Elektrische Energiewandlung (iew) der Universität Stuttgart um Prof. Dr. Nejila Parspour beschäftigt sich seit Jahren mit der induktiven Energieübertragung unter anderem von E-Fahrzeugen. Durch das kabellose Laden wird die Automatisierung des Ladevorgangs möglich, so dass der Akku jederzeit beispielsweise auf innerstädtischen Parkplätzen, vor Ampeln oder auf ausgewählten Straßenabschnitten und während der Fahrt automatisch geladen werden kann. Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler forschen am Institut für Elektrische Energieumwandlung (iew) daran, drahtlose elektrische Straßensysteme zu entwickeln, durch die Nutz- und Personen-Elektrofahrzeuge während der Fahrt oder im Stand kabellos aufgeladen werden. Diese Maßnahme ist maßgeblich dazu geeignet, die Reichweite der Elektrofahrzeuge zu erhöhen. Die Wirkungsgrade, die hierbei mit dem am iew entwickelten Systemen erreicht werden, liegen über 95 Prozent.

Da öffentliche Ladestationen eher rar sind, würde durch induktive Lademöglichkeiten auch mehr Kapazität geschaffen – bei relativ vergleichbaren Kosten. Das E-Fahrzeug könnte dann auf dem Weg zur Arbeit und auf dem Parkplatz geladen werden. Es wäre dann nicht mehr notwendig, das Auto beispielsweise die ganze Nacht zum Laden anzuschließen.

Das größte Potential für Weiterentwicklungen sieht Prof. Dr. Nejila Parspour in der Analyse der Energiestrecke. Die kontaktlose Ladetechnologie funktioniert über Ladespulen. Für dynamisches Laden, also während der Fahrt, werden Induktionsspulen in den Straßenbelag eingelassen. Sobald sich das Fahrzeug über ihnen befindet, werden die Ladespulen in der Straße aktiviert und geben über ein Magnetfeld die elektrische Energie an das Fahrzeug ab.

Das Wissenschaftler-Team um Prof. Parspour hat bereits mehrere unterschiedliche Erfindungen zum Patent angemeldet, um die Idee des induktiven statischen sowie des induktiven dynamischen Ladens weiter voranzubringen. Eine der wichtigen Erfindungen bezieht sich auf die Positioniertoleranz, mit der induktives Laden unabhängig von der Fahrzeughöhe und -breite möglich ist.

Durch einige weitere Erfindungen konnte der Wirkungsgrad der am iew enwickelten Systeme noch weiter Prozent gesteigert werden. Weitere bereits patentierte Erfindungen kommen aus dem Bereich der Fremdkörperdetektion. Dadurch kann das Ladesystem erkennen, wenn ein Fremdkörper auf der Induktionsspule liegt, der sich erhitzen könnte. Zudem forschen die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler am Institut für Elektrische Energieumwandlung auch in mehreren, von der Vektor-Stiftung geförderten Projekten, unter anderem im Bereich des 48-Volt-basierten Ladens während der Fahrt.

Zudem forscht das Team am iew an der Wirtschaftlichkeit und Größe der Komponenten für die Ladesysteme. Denn die induktive Ladetechnik besteht aus zwei Seiten. Neben der Infrastruktur, also den Spulen in der Energiestrecke, müssen auch die Empfängerspulen bei größtmöglicher Effizienz möglichst leicht gebaut werden. Das Ziel ist, mit wenigen Komponenten ein stabiles System zu erreichen. Das spart Kosten im Sinne der Wirtschaftlichkeit und spart Bauraum und Gewicht, was bei einem Elektrofahrzeug ebenfalls ein wichtiger Faktor ist.

Die Erfindungen wurden zum Patent angemeldet (EP anhängig). DieTechnologie-Lizenz-Büro (TLB) GmbH unterstützt die Universität Stuttgart bei der Patentierung und Vermarktung der Innovationen. TLB ist mit der wirtschaftlichen Umsetzung dieser zukunftsweisenden Technologien beauftragt und bietet Unternehmen Möglichkeiten der Zusammenarbeit und Lizenzierung der Schutzrechte.