Laden ohne Kabel – die Vision unbegrenzter Reichweite

Um die Anzahl von E-Fahrzeugen auf den Straßen zu erhöhen, könnte es eine attraktive Option sein, die Ladeinfrastruktur samt Ladevorgängen komplett unter die Straße zu verlagern. Induktives Laden – zunächst im Stand, später auch während der Fahrt, macht es möglich, auf Ladekabel und -säulen zu verzichten. Die Vision der Elektromobilität ohne Reichweitenbeschränkungen kann in Zukunft Realität werden.

Dem induktiven Laden liegt das Wechselspiel von Elektrizitätsflüssen und Magnetfeldern zugrunde. Fließt Strom, entsteht ein Magnetfeld. Andersherum kann ein Magnetfeld einen Stromfluss in einem Leiter induzieren – so, wie z.B. heute schon induktives Aufladen des Handys möglich ist. Wenn nun Magnetfelder in ausreichender Stärke und Zahl verfügbar sind, lassen sich diese nutzen, um Elektroautos aufzuladen. Hochfrequente Wechselströme erzeugen in Spulen ein pulsierendes Magnetfeld. Im Fahrzeug nimmt eine „Empfängerspule“ das Magnetfeld auf und erzeugt Strom. Induktive Ladesysteme weisen aktuell Wirkungsgrade von rund 90 Prozent auf. Die umgesetzten bzw. anvisierten Ladeleistungen liegen auf dem Niveau von Wallboxen also zwischen 3,5 und 20 kW.

Die Vision der Elektromobilität mit unbegrenzter Reichweite steckt in der Straße.

Laden auf Parkplätzen und Straßen

Die Frage, wo solche Magnetfelder erzeugt werden, ist leicht beantwortet: Parkplätze und Straßen bzw. generell der öffentliche (Verkehrs-)Raum bieten den Platz für solche im Boden verlegten Systeme. Das Fahrzeug lädt, wenn es über der induktiven Ladeeinrichtung steht. Das funktioniert sogar, wenn Schnee oder Verschmutzungen und auch eine dünne Asphaltschicht über dem Erzeuger des Magnetfeldes liegen. Anwendungsmöglichkeiten finden sich auch immer dort, wo Autos in Fahrzeugschlangen warten, bspw. am Taxistand der Flughäfen.

Abrechnung mit Identifikation

Die Abrechnung der geladenen Energiemenge erfolgt bei der Induktion nur wenig anders als bei herkömmlichen Ladesäulen. Das Fahrzeug oder der Fahrer identifiziert sich entweder über bspw. RFID oder über das mobile Internet. Die Messung und Abrechnung der Strommengen liegt gesetzlich verankert in der Hand der Energieversorgungsunternehmen. Wie beim kabelgebundenen Laden erleichtert ein einheitlicher zu schaffender Standard die Prozesse. Zeittarife, Flatrates und auch kostenlose Ladeangebote als Incentives stehen aber auch Dritten offen.

Einparkhilfe für mehr Effizienz

So einfach die Lösung klingt, der Teufel steckt einmal mehr im Detail. Die Effizienz des induktiven Ladens hängt stark vom Abstand der Spulen zueinander ab. Dabei gilt, je weiter sie auseinanderliegen, desto weniger Strom kann die Empfängerspule „erzeugen“. „Sender“ und „Empfänger“ müssen also möglichst genau aufeinander positioniert werden und sich besonders nahekommen. Bei aktuell entwickelten Ladesystemen sind die Sender rund 50 Quadratzentimeter groß. Daher unterstützen sie die Fahrer beim Einparken mit Assistenzsystemen oder überlassen es gleich automatischen Systemen.

Es wird warm

Ein anderes zu berücksichtigendes Detail ist die Wärmeentwicklung beim Ladevorgang. Zwar sei aktuell bei einer Ladeleistung von 22 kW und den heutigen Batteriegrößen noch keine aktive Kühlung der Fahrzeugspule notwendig. Dies könne sich aber schnell ändern, wenn die Fahrzeugspulen in Zukunft kleiner und leichter werden oder die Ladeleistung über 22 Kilowatt gesteigert wird, heißt es beim Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR). 2019 sollen die ersten Fahrzeug-Modelle auf den Markt kommen. BMW hat für ein Fahrzeug bereits ein induktives Ladepaket mit 3,2 kW Ladeleistung im Katalog. Weitere Hersteller werden voraussichtlich schnell folgen.

Vision „Stromstraße“

Zurück zur Vision der Elektromobilität ohne Reichweitenbeschränkungen: Gelänge es, ganze Fahrspuren mit Magnetspulen auszustatten, könnten Elektrofahrzeuge während der Fahrt kontinuierlich nachladen oder sogar den Fahrstrom direkt aus der Induktion beziehen. 2017 hat beispielsweise das israelische Start-up „electroad“ in Tel Aviv eine Teststrecke für Busse in Betrieb genommen, um die Technik weiter zu untersuchen. Die Busse beziehen den Fahrstrom aus den Spulen in der Fahrbahn und verfügen über einen kleinen Akku, um die Strecken ohne Induktionsmöglichkeiten zu überbrücken. Der Halbleiterhersteller Qualcomm hat ebenfalls 2017 eine Technik für eine Stromstraße vorgestellt. Qualcomm-Ingenieure gehen aber davon aus, dass es bis Ende der 2020er Jahre bzw. Anfang der 2030er dauern dürfte, bis eine solche Infrastruktur eingerichtet werden könne. Der Umbau der Straßen dürfte Milliarden Euro verschlingen. Auch ist noch unklar, welches Bezahlmodell dann genutzt werden kann. Der Fokus der Entwicklung liegt derzeit auf der Lade-Infrastruktur.

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