Forscher am amerikanischen Oak Ridge National Laboratory (ORNL) haben ein neues Ladesystem für Elektroauto entwickelt, das nicht nur kabellos funktioniert, sondern das es auch erlaubt, den Strom bei Bedarf aus der Fahrzeugbatterie zurück ins Netz zu speisen. Wie gut das bidirektionale, induktive Laden schon funktioniert, demonstrierten die Forscher jetzt erstmals Lieferwagen des Paketdienstes UPS mit einem Plug-in-Hybrid-Antrieb. Das 20-Kilowatt (kW)-Ladesystem übertrug dabei die Ladeleistung mit Hilfe von zwei elektromagnetischen Koppelspulen (wie sie etwa im Bahnverkehr eingesetzt werden) über einen Luftspalt von 28 Zentimetern hinweg. Der Wirkungsgrad lag dabei über 92 Prozent, heißt es in einer Mitteilung des Instituts, das im US-Staat Tennessee beheimatet ist und dem Bundesministerium für Energie unterstellt ist.
Ladeleistung von 20 Kilowatt
Der Akku des Demo-Lieferwagen fasste immerhin 60 Kilowattstunden (kWh) Strom. Bei einer Ladeleistung von 20 kW war die Batterie des Transporters nach rund drei Stunden gefüllt, berichtet das Projektteam. Bei Gebrauch des serienmäßigen Onboard-Chargers und bei einer konventionellen Ladung per Kabel hätte sich der Vorgang über fünf bis sechs Stunden hingezogen.
Das bidirektionale Ladedesign erlaube zugleich die Nutzung von Elektroautos zur Netzstabilisierung, werben die Entwickler. Vor allem größere Fahrzeugflotten könnten so dazu beitragen, die Produktion von regional erzeugtem Ökostrom etwa mit Hilfe von Wind- und Wasserkraft besser zu steuern: „Wird die Technologie auf eine Flotte aus 50 Fahrzeugen hochgerechnet, könnte man Energie im Megawattbereich speichern“, skizziert Projektleiter Omer Onar das Potenzial der Technik.
Bei dem Verfahren wird zunächst Gleichstrom aus dem Netz mit Hilfe eines Wechselrichters in Wechselstrom umgewandelt. Mit diesem wird ein mit Hilfe einer Bodenplatte ein Magnetfeld erzeugt, das den Strom über den Luftspalt zwischen Bodenplatte und dem Anschluss am Fahrzeug hinweg überträgt. Im Fahrzeug wandelt eine zweite Spule den Wechselstrom wieder in Gleichstrom um, mit dem die Autobatterie geladen wird.
So schnell laden wie tanken
Sowohl das Design der Spulen wie auch die Leistungselektronik sind Eigenentwicklungen des ORNL, in die mehrjährige Forschungsarbeiten einflossen. Bereits 2016 hatte das Institut an einem Personenwagen ein ähnliches induktives Ladesystem mit einer Leistung von 20 kW vorgestellt. Inzwischen sei die Technologie weiterentwickelt worden. Möglich seien dadurch nun Ladeleistungen von bis zu 120 Kilowatt. Das Forscherteam sei damit dem Ziel deutlicher näher gekommen, die Ladezeit bei einem Elektrofahrzeug auf die Zeit zu verkürzen, die nötig sei, um ein konventionelles Auto mit Sprit zu betanken.
Bis zur Serienreife des Systems, so räumten die US-Forscher ein, sei allerdings noch einige Arbeit erforderlich. Sie liefern sich dabei ein Wettrennen mit Kollegen unter anderem in Deutschland, die an ähnlichen Techniken zum kabellosen Laden von Elektroautos arbeiten. So testen Wissenschaftler an der Universität Duisburg-Essen gerade ein induktives Ladekonzept für Taxen im öffentlichen Raum. Vorgesehen ist der Bau einer Pilotanlage in Köln, auf der bis zu sechs Fahrzeuge gleichzeitig laden können. Dafür wollen die Wissenschaftler ein Ladesystem unterirdisch in die Taxi-Warteschlange integrieren und so elektrisch angetriebenen Fahrzeugen das Laden während der Wartezeit ermöglichen. In etwa zwei Jahren soll die Pilotanlage 2022 in Betrieb gehen.
Eine ähnliche Zielsetzung hat ein Team an der Hochschule Hannover. Und der Energiekonzern EnBW kooperiert mit dem israelischen Start-up „ElectReon“. In einem Forschungsprojekt testen die Unternehmen die Alltagstauglichkeit dieses Ladesystems. Vor allem der Öffentliche Nahverkehr, so heißt es am Standort der EnBW in Stuttgart, könnte von einer solchen Technik profitieren.
Im Frühjahr 2018 hatte BMW für den 530e Plug-in-Hybrid zu einem Aufpreis von rund 3200 Euro ein zweiteiliges System zum kabellosen Laden vorgestellt. Der Vertrieb wurde aber schon nach einem Jahr mangels Nachfrage wieder eingestellt. Bild: BMW
BMW hatte für sein Plug-in-Hybridauto vom Typ 530e ein zweiteiliges System zum induktiven Laden mit einer Leistung von 3,2 kW im Frühjahr 2018 vorgestellt und auf einigen „Pilotmärkten“ in Deutschland und USA zu einem Preis von rund 3200 Euro angeboten. Im Juli 2019 aber wurde der Vertrieb bereits wieder eingestellt. „Obwohl die bisherigen Kunden sich sehr positiv zum System äußerten, fehlt es an einer Perspektive, um das System auch für den öffentlichen Parkraum zu etablieren, wo es das Handling eines separaten Ladekabels entbehrlich machen könnte“, erklärt dazu ein Unternehmenssprecher auf Anfrage von EDISON.
Kein Standard in Sicht
Da zudem ein herstellerübergreifender Standard für eine Schnittstelle zum induktiven Laden noch nicht absehbar „und die Errichtung von öffentlich zugänglichen Induktiv-Ladestellen allein für Elektrofahrzeuge von BMW kein wirtschaftlich sinnvoller Ansatz“ sei, ruhen seitdem in München die Arbeiten an der Technik.