Induktives Laden: Blitzartig laden in voller Fahrt

Elektromobilität bedeutet immer auch Ladung! Und da braut sich analog zur Fahrzeugentwicklung gerade ein großer Gewittersturm zusammen, bei dem Strom kabellos wie bei einem zuckenden Blitz fließt.

Wenn auch nicht ganz so heftig. Doch die bisherigen Ladesäulen in ihrer schieren Größe sind nur der Bequemlichkeit der Menschen geschuldet: Denn man will sich zum Ablesen und Bedienen nun mal nicht bücken – außerdem erinnert der erhabene Energiespender noch ein bisschen an die gute alte Zapfsäule, die einem gegen Bezahlung Sprit und Reichweite spendet. Die verbaute Ladesäulentechnik ist jedoch kaum größer als eine Obstkiste. Das beweisen die schicken „Wallboxen“ diverser Hersteller, die man sich in die heimische Garage schrauben kann.

Der öffentliche Ausbau der Ladesäulen schreitet massiv voran. Beim größten Betreiber NewMotion, wo Deutschland-Vertriebschef Andrew Han Rede und Antwort zur aktuellen Entwicklung steht (siehe Interview in Ausgabe VISION mobility 06/17), verläuft die Verwirklichung rasant: Immerhin haben die Niederländer mittlerweile über 50.000 Lademöglichkeiten in ganz Europa installiert – zuletzt „lud“ man Frankreich von 800 auf 3.500 Stationen auf.

Wenngleich das Netz in den elektroaffinen Staaten, wie Norwegen und den Niederlanden, am dichtesten geknüpft ist. Die Elektrifizierung unterstützen dort, laut Han, auch die kürzeren Pendlerdistanzen in diesen Ländern. Hier tun sich NewMotion, Mennekes oder Swarco relativ leicht, private Räume und öffentliche Plätze mit Ladepunkten auszustatten.

Im innerstädtischen Wohnungsbau wird das deutlich schwieriger

Dieserorts ist zwar das ideale Umfeld für Elektroautos, die aber meist in Sammel- oder Tiefgaragen parken. Und da hat man vor allem bei Bestandsbauten schnell ein Installations- und Abrechnungsproblem, das auch Martin Kaßler vom Dachverband der deutschen Immobilienverwalter auf dem Forum Elektromobilität in Berlin ins Feld führte.

Prinzipiell kann Strom zwar an jeden Stellplatz gelegt werden, aber bei älteren Bauten führt das oft zu erheblichen Kosten und versicherungstechnischen Problemen, die nicht jeder tragen möchte, zumal eine Ladestation mehrere Autos versorgen kann.

Doch wie Haften und Abrechnen? Ähnlich ist es auf Firmenparkplätzen: Für den Stromer des Chefs stellt man schnell mal eine Säule auf. Sollen mehrere Fahrzeuge gespeist werden, wird es kritisch mit Plätzen und Abrechnungen. Trotzdem steigen laut Han die Anfragen von Mietern, Wohnbaugesellschaften und Firmen stark an, sodass man die Ladetechnik entsprechend „aufschlaute“, sprich: Jede Ladesäule kann mit einem internen Zähler und einer Verrechnungsautomatik ausgestattet werden, welche die Komplexität vereinfacht.

Umgekehrt können die Autos als Pufferspeicher dienen und Geld verdienen, womit wir bei der V2G-Technik wären. „Persönlich habe ich ganz zu Anfang erstmal darüber geschmunzelt“, gibt Han zu. Doch nicht jedes Elektroauto wird täglich bewegt. Insofern kann es, wenn viel Strom produziert wird, günstig geladen werden und in den Abendstunden, wenn alle nach Hause kommen, als Puffer wieder Energie ins Netz einspeisen, um die Spitzenlasten der Kraftwerke zu senken.

Nachts, wenn alle schlafen und die Kraftwerklast zurückfährt, können die Autos wieder geladen werden. Solche Experimente laufen bereits in Japan und könnten für typische „Mieterländer“ wie Deutschland eines Tages wichtig werden. Denn Regionen mit vielen Eigenheimen, wie die USA, Großbritannien oder die Niederlande, tendieren eher zur Wallbox oder komplett autarken Stromsystemen.

Intelligenz sei, laut Han, auch beim Lastmanagement gefordert. Hier kommen die Anfragen vor allem aus dem Firmenbereich, wo man gern Masterstationen mit 30 oder 50 kW erstellt, die ihren Strom möglichst intelligent auf alle Fahrzeuge verteilen sollen. Im Idealfall erkennt das System die einzelnen Fahrzeuge und teilt ihnen entsprechend Energie zu.
Dieser dynamische und intelligente Ladeprozess wird vermehrt nachgefragt. Für 2018 erwartet Han eine ganz massive Steigerung, wenn die Mobilitätsmanager die elektrisierte Flotte im Fuhrpark vergrößern. Einen entsprechenden Anstieg der Nachfragen verzeichnet NewMotion bereits jetzt.

Aber auch Gastronomie und Hotels fragen verstärkt nach intelligenten Ladelösungen, da die Zahl der Gäste mit elektrifizierten Fahrzeugen merklich steige.

Entsprechend werden hier die Themen Konnektivität und intelligente Vernetzung zur Stromkostenermittlung und -verrechnung immer wichtiger. Und wie beurteilt Han das induktive Laden? Das wird auch wichtiger, hängt aber stark von den Autoherstellern ab.

Womit wir vom konduktiven zum induktiven Laden wechseln, das unter anderem WiTricity oder Qualcomm Halo vorantreiben. Fragt man dort nach, antworten die Business-Entwickler Peter Wambsganß von WiTricity und Thomas Nindl von Qualcomm Halo teils sehr ähnlich.

Fakt ist: Das induktive Laden wird definitiv kommen, zumal es einige Probleme des kabelgebundenen Ladens lösen kann ( siehe unten: Vor- & Nachteile des induktiven Ladens ). Dass das mittlerweile auch während der Fahrt geschehen kann, bewies Qualcomm Halo bereits auf einer 100 Meter langen Teststrecke.

Also kann man künftig auf der Autobahn in voller Fahrt laden? Hier bremst Thomas Nindl von Qualcomm Halo die Visionen vom „Blitzladen“ auf einem extra Ladestreifen der Autobahn. Denn um bei 100 km/h eine Reichweite von 20 Kilometern zu generieren, müsste beispielsweise ein Renault Zoe ungefähr zehn Kilometer weit fahren – und der Ladestreifen müsste richtig stark frequentiert werden, damit daraus ein Geschäftsmodell wird. Sonst mache das, laut Nindl, wenig Sinn.

Stattdessen bringt der rührige Oberbayer in dem international aufgestellten Konzern andere Ideen, wie zum Beispiel Snack Charging, auf bayerisch als „kurzes Brotzeit-Laden“ übersetzt, ins Spiel: An Bahnschranken, die gefühlt länger geschlossen sind als offen, oder an nervigen Kreuzungen, an denen man oft etliche Ampelschaltungen abwarten muss.

Oder eben an Bushaltestellen oder Taxiständen. Überall dort könne man das (langsam) rollende Fahrzeug wieder ein bisschen laden und hält die Akkus damit leichter im gewünschten Ladebereich, zumindest innerstädtisch. Lägen dann noch zusätzlich Platten auf Parkplätzen, könnte man hier ebenfalls induktiv laden. Außerdem würde man sich zusätzliche „Stadtmöblierung“ und das bei Nässe oder im Winter oft nervige Kabelhandling sparen.

Und wie sieht es mit den Themen „Wirkungsgrad und Sicherheit“ aus? Ersterer ist kaum schlechter als bei Kabellösungen, was aber nicht am Luftspalt liegt, der laut Nindl per se einen Wirkungsgrad von 98,5 bis 98,7 Prozent bietet, sondern am Stromverbrauch der Leistungselektronik. Und die braucht bei den „dezenten“ 3,7-kW-Platten nach WPT 1 (Wireless Power Transfer, also kabelloses Laden) fast genauso viel wie bei den „starken“ 11-kW-Ausführungen, sodass der Wirkungsgrad bei WPT 3 entsprechend höher ist, wenngleich man hierfür noch eine Wasserkühlung addieren muss, während WPT 1 und 2 mit Luftkühlung auskommen.

Starten wird das Ganze mit proprietären Systemen zur IAA, wo erste Audi-, BMW- und Daimler-Modelle mit der entsprechenden seriennahen Technik stehen dürften. Proprietär heißt: Jedes Fahrzeug kann nur auf der markeneigenen Platte laden. Doch längst ist es kein Geheimnis mehr, dass man hinter den Kulissen bereits an der interoperablen zweiten Generation arbeitet, sprich: Jede Platte erkennt und lädt jedes Auto.

Qualcomm Halo setzt dabei auf eine „Doppel-D“- statt einer Zirkularspule, die laut Nindl den magnetischen Fluss begünstigt. Dieses Doppel-D ist laut Elektrotechniker Nindl auch kein Geheimnis: Im Prinzip kombiniert man dabei einfach eine Solenoidspule (dabei ist ein Draht fest um einen leitenden Kern mit einer hohlen Mitte gewunden) mit einer Zirkularspule. Jetzt geht es aber auf vom Qualcomm-Halo-Büro in München auf die Teststrecke nach Frankreich: Dort sitzen 56 20-kW-Module, die es zwei entsprechend präparierten Renault Kangoo Z.E.s ermöglichten, hintereinanderfahrend zu laden, sowohl vor- als auch rückwärts.

Die grundsätzliche Technik induktiven Ladens hat man im Griff, mittlerweile sei man bereits am Sondieren von Einsparpotenzialen. Nicht gespart werden darf natürlich an der Sicherheit, die Fremdkörper- und Lebenderkennung garantieren sollen, sprich: Alles, was metallisch ist, sorgt für ein Abschalten der Spule, da sonst Silberpapier brennen und eine Münze zu glühen beginnen würde. Auch Aludosen unterm Auto sind während des Ladevorgangs eher kontraproduktiv. Die Lebenderkennung via Radarsensoren stoppt den Ladevorgang bei Bewegungen. Das kann eine Katze sein oder eine Kinderhand, die unters Auto greift. In der Regel schaltet die Spule für die Zeit der Bewegung ab, um dann weiterzuladen, während Fremdgegenstände den Ladevorgang abbrechen und einen entsprechenden Warnhinweis bedingen.

Hauptproblem hier sind die Bemessungsgrenzen, dass das Gerät nicht wegen jeder noch so kleinen Kleinigkeit abschaltet. „Einer gepiercten Punkmaus mit reichlich Metallketten und -nieten am Körper könnte es schon heiß werden“, schränkt Nindl scherzhaft das Szenario ein.

Eine solche Grenze gäbe es übrigens an der Tankstelle, wo man an der Zapfsäule vergleichsweise lax mit dem hochexplosiven Sprit hantieren darf. „Würde man die Gesetze heute schreiben, ginge das gar nicht mehr“, konstatiert der Ingenieur.

Außerdem muss die Ladestation wissen, welches Auto über ihr parkt: Denn bei einem Minicar kann durchaus noch ein Spalt der Platte vor dem Auto herausragen, während sie von großen Modellen komplett verdeckt wird. Dazu muss man sich mit den Pkw-Herstellern auf den Bauraum unterm Auto und die Erkennungsszenarien einigen – und genau da gibt es noch viel Feinabstimmung im Detail. Auch bezüglich der Parktoleranz muss man noch feinjustieren, sei aber auf einem guten Weg. Bis auf diesem in voller Fahrt geladen werden kann, werden noch einige Gewitter niedergehen.

Die Interviews zu diesem Fachartikel mit Herrn Andrew Han (Manager bei NewMotion, Germany) und Herrn Peter Wambsganß (Business-Developer bei WiTricity) lesen Sie in der aktuellen VISION mobility Ausgabe 06/2017.

Vor- & Nachteile des induktiven Ladens:

• + Induktives Laden erleichtert das „Snack Charging“, also kurzes Zwischenladen, das die Batterie immer im optimalen Ladezustand zwischen 20 und 80 Prozent hält.
• + Das vor allem bei Schlechtwetter unangenehme Handling mit starren 
(bei Kälte) oder nassen Kabeln entfällt.
• + Die großen Ladespitzen zu Abendzeiten, wenn alle nach Hause kommen und ihre Autos laden, würden entfallen.
• + Die induktiven Lademöglichkeiten lassen sich baulich völlig unauffällig integrieren.
• + Sie ermöglichen neue Abrechnungsmodelle (öffentliche Parkplätze, an Taxi- und Busständen, vor Bahnschranken usw.).
• - Der Aufwand beim Erkennen und Positionieren der Fahrzeuge ist größer.
• - Die Platten müssen vor magnetischen Gegenständen abgesichert werden und den Ladevorgang notfalls abbrechen.
• - Schnellladen und große Ladeleistungen sind nicht möglich.