Über ein kabelloses Ladesystem können Elektroautos künftig nicht nur tanken, sondern die Energie ins Stromnetz zurückspeisen. Auf diese Weise helfen sie das Netz zu stabilisieren. Das kostengünstige Ladesystem erreicht hohe Wirkungsgrade – über den vollen Leistungsbereich von 400 Watt bis 3,6 Kilowatt. Die Abstände zwischen Auto und Ladespule können bis zu 20 Zentimeter betragen. Dieses Spulensystem zum induktiven Laden von Elektroautos ist in der Strasse untergebracht.
Bequemes laden des Autos mit kabellosen induktiven Ladesystemen: Die Energie wird dabei durch die Luft übertragen, genauer gesagt über ein zeitveränderliches Magnetfeld. Herzstück der Technologie sind zwei Spulen – eine ist in der Strasse, auf dem Parkplatz oder in der Garage integriert, eine zweite am Unterboden des Autos. Die Spulen bilden – in Kombination mit entsprechenden Kondensatoren – eine Art resonantes »Antennensystem zur Energieübertragung«. Je näher die beiden Spulen beieinander liegen, desto effizienter wird die Energie übertragen.
Forscher am Fraunhofer-Institut für Windenergie und Energiesystemtechnik IWES in Kassel haben solche induktiven Ladesysteme kostengünstig gestaltet. Dabei wurde bewusst auf Standardkomponenten, die bereits auf dem Massenmarkt verfügbar sind zurückgegriffen. Die Forscher verwendeten ein Spulensysteme, die mit weniger Ferritplatten auskommen. Die Platten dienen zur Führung und Abschirmung des magnetischen Feldes und sind aufgrund des enthaltenen Eisenoxids recht schwer. Darüber hinaus sind sie teuer. Durch die Reduktion des Ferritmaterials wurden die Spulen nochmals leichter und preiswerter.
Dank der speziell ausgelegten Leistungselektronik und Spulensysteme funktioniert das System auch mit einem sehr guten Wirkungsgrad, wenn die Spule im Auto etwa 20 Zentimeter von der Spule in der Strasse entfernt ist. Selbst bei einem Luftspalt von 20 Zentimetern wird einen Wirkungsgrad von 93 bis 95 Prozent erreicht – und das über den kompletten Leistungsbereich von 400 Watt bis 3,6 Kilowatt. »Vergleichbare Systeme erreichen solch hohe Wirkungsgrade nur bei einem kleineren Abstand, was den Einsatz bei Fahrzeugen mit grösserer Bodenfreiheit einschränkt.
Während die Spulen in der Strasse und im Unterboden des Autos integriert sind, wird das Ladesystem im Fahrzeug mitgeführt. In ihm ist die Elektronik untergebracht sowie Anschlüsse für verschiedene Ladekabel. Es ermöglicht nicht nur das induktive Laden, sondern verfügt auch durch ein multifunktionales Systemkonzept über einen ein- oder dreiphasigen Netzanschluss. So kann der Fahrer das Fahrzeug auch an einer üblichen Steckdose oder einer Ladesäule auftanken.
Das Ladesystem kann die Batterien nicht nur »füllen«, es kann sie auch entladen – und somit unter anderem zur Stabilität des allgemeinen Stromnetzes beitragen. Das Prinzip: Strahlt die Sonne vom Himmel oder bläst der Wind kräftig übers Land, liefern Solarzellen und Windräder oftmals mehr Energie, als momentan benötigt wird. Wird allerdings zu viel Strom in das Netz eingespeist, könnte die Spannung ansteigen und elektrische Geräte eventuell zerstören. Netzbetreiber drosseln daher bei guter Wetterlage die Leistung, die Solar- und Windanlagen in die Netze einspeisen. Würde man jedoch die Batterien der Autos als Zwischenspeicher nutzen, liesse sich der überschüssige Strom »aufbewahren« und bei Flaute oder wolkenverhangenem Himmel wieder ins Netz einspeisen und so der Anteil der erneuerbaren Energien am Strom-Mix weiter steigern.
Auf der Internationalen Automobil Ausstellung IAA stellen die Wissenschaftler das kabellose induktive Übertragungssystem vom 15. bis 18. September 2015 vor (Halle 4, Stand D33) vor
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