So funktioniert das kabellose Laden von Elektrofahrzeugen
Veröffentlicht: 2022-11-04
Wir haben uns mittlerweile alle ziemlich an das kabellose Aufladen von Smartphones gewöhnt, aber was wäre, wenn Sie ein Elektroauto auf die gleiche Weise aufladen könnten? Die Technologie wird derzeit entwickelt – schon bald müssen Sie Ihren Tesla nur noch parken, um ihn aufzuladen.
So funktioniert das kabellose Laden von Elektrofahrzeugen
Das kabellose Aufladen von Elektrofahrzeugen funktioniert ähnlich wie das Aufladen von Smartphones – über magnetische Induktion. Das Induktionsladen funktioniert, indem in einem Bereich ein elektromagnetisches Feld erzeugt wird, normalerweise über eine geladene Metallspule, die einen Strom in einem anderen Bereich erzeugt, der nahe genug ist, um von diesem Feld beeinflusst zu werden. Da das elektromagnetische Feld den Strom erzeugt, ist für die Stromübertragung kein Kabel erforderlich.
Bei Smartphones funktioniert der Vorgang über Magnete oder Pads, mit denen das Telefon in Kontakt bleiben muss. In Elektroautos wird das gleiche Grundkonzept in größerem Maßstab mit mehr Leistung verwendet, was mehr Platz zwischen Ladestation und Fahrzeug ermöglicht. Auf dem Boden liegt ein induktives Ladepad, darüber wird das Auto geparkt. Kameras im Auto informieren den Fahrer, wenn sie richtig über dem Ladepad positioniert sind.
Sobald das Auto über dem Pad geparkt ist, erzeugen das Massepad und das am EV angebrachte Pad Strom. Das Erdungspad wird mit Strom aus dem Netz aufgeladen, wodurch ein elektromagnetisches Feld entsteht. Das Ladepad an der Unterseite des Autos schwingt mit der gleichen Magnetfrequenz wie das Pad am Boden, und es wird ein Strom erzeugt, um die Fahrzeugbatterie aufzuladen. Im Gegensatz zum Laden von Smartphones, bei dem Magnete präzise ausgerichtet und berührt werden müssen, hat das induktive Laden von Elektrofahrzeugen mehr Spielraum – der Luftspalt kann Zoll statt Millimeter betragen.
Während das kabellose Aufladen von Smartphones bei der Energieübertragung zu etwa 80 % effizient ist, behauptet das kabellose Aufladen von Elektrofahrzeugen, viel besser zu sein. Tech YouTuber Matt Ferrell sprach in einem seiner Videos mit einem Unternehmen namens WiTricity, das kabellose EV-Ladetechnologie herstellt. Der CEO des Unternehmens behauptet, dass seine drahtlose Ladeausrüstung zu etwa 99 % effizient ist. Das entspräche in etwa dem Einstecken an einer Ladestation oder zu Hause.
Das ist überraschend, da wir einen Effizienzverlust aufgrund des kabellosen Ladens und nicht des Einsteckens erwarten würden. Aber andere Daten scheinen dieses Niveau der Ladeeffizienz zu unterstützen. Das Green Technology Accelerator Center des Rochester Institute of Technology hat sich mit dem Unternehmen für kabelloses Laden HEVO zusammengetan, um eine Studie durchzuführen, in der das kabellose Laden von Elektrofahrzeugen in Prototypen zu 95 % effizient war. Kabelloses Laden von bis zu 120 kW mit 97 % Effizienz wurde 2018 im Oak Ridge National Laboratory (ORNL) des Energieministeriums durchgeführt.
Das bedeutet nicht, dass wir morgen alle unsere Teslas drahtlos aufladen werden; Die Technik befindet sich noch in der Testphase. Aber WiTricity hat bereits mehrere EV-Modelle mit ihrer angeblich gut funktionierenden Technologie nachgerüstet. Mehrere andere Länder testen es ebenfalls und arbeiten an einer Lösung für den Massenmarkt. Wenn sie so weit verbessert würden, dass sie für eine Massenakzeptanz eingeführt werden könnten, wären drahtlose Ladekits für aktuelle Modelle weit verbreitet, und neue Elektrofahrzeuge würden über eine eingebaute drahtlose Ladefunktion verfügen.
Das könnte, wie Ferrell in seinem Video erwähnte, mehr Autonomie für selbstfahrende und selbstparkende Autos ermöglichen. Wenn sie sich über Pads aufladen könnten, die in Parkplätze oder Straßen eingebaut sind, bräuchten sie wirklich keine menschliche Interaktion, um ihre Aufgaben den ganzen Tag über zu erledigen. Letztendlich könnten beispielsweise Flottenfahrzeuge der letzten Meile aufgeladen werden, indem sie auf drahtlosen Ladepads parken oder darüber fahren, und müssen nicht den ganzen Tag an eine Steckdose angeschlossen sein, obwohl weitere Verbesserungen in der autonomen Fahrtechnologie erforderlich sind, bevor dies auch nur annähernd der Realität entspricht.
Darüber hinaus arbeitet die Cornell University bereits an kabellosen Ladepads, die in die Fahrbahn implantiert werden können und Ihr Auto während der Fahrt mit Strom versorgen. Die Drexel University entwickelt auch eine drahtlose Ladetechnologie, die in Straßen eingebaut werden könnte und Fehlausrichtungen zwischen Ladepads besser tolerieren könnte.
Die Kosten für den großflächigen Einbau dieser Art von Technologie in Straßen bleiben abzuwarten und könnten der Verbreitung drahtloser Ladestraßen im Wege stehen, wenn sie unerschwinglich hoch sind. Die USA haben keine großartige Bilanz, wenn es um die Instandhaltung unserer derzeitigen Straßen und Brücken geht, aber da der Kongress kürzlich ein großes Infrastrukturgesetz verabschiedet hat, könnten wir hoffentlich sehen, dass sich dieser Trend verbessert.
Die Herausforderungen des kabellosen Ladens von Elektrofahrzeugen
Eine große Hürde für das kabellose Laden auf dem Massenmarkt sind die Kosten. Zum Zeitpunkt des Verfassens dieses Artikels sagt WiTricity, dass eine ihrer drahtlosen Ladestationen rund 700 US-Dollar kostet. Aber die Berechnung der wahren Kosten ist an dieser Stelle schwierig, da die Technologie so neu ist. Es kommt darauf an, ob es um die Nachrüstung eines einzelnen Fahrzeugs oder die Ausstattung einer ganzen Flotte geht. Es wird auch mehr kosten, einem großen Elektrobus mehrere Pads hinzuzufügen, als eine normale EV-Limousine mit kabellosem Laden auszustatten – bis zu Tausenden, so The Eco Experts. Das Fazit ist, dass zum Zeitpunkt des Verfassens dieses Artikels die drahtlose Ladetechnologie erheblich mehr kosten wird als eine kabelgebundene Ladestation für den persönlichen Gebrauch.
Wenn sich die Technologie verbessert und sich in Richtung einer breiteren Marktakzeptanz bewegt, wird dieser Preis hoffentlich sinken. Im Moment bleibt es jedoch für viele EV-Fahrer eher eine kostspielige Neuheit als eine praktische Lösung. Hinzu kommt die Tatsache, dass derzeit nicht viel drahtlose Ladeinfrastruktur für Elektrofahrzeuge vorhanden ist.
Die Ladegeschwindigkeit ist eine weitere Hürde. Als diese Technologie vor einigen Jahren zum ersten Mal populär wurde, übertrug sie laut Green Car Reports nur eine Leistung von etwa 3,5 kW. Zum Zeitpunkt des Schreibens hat sich diese Geschwindigkeit auf 11 kW erhöht, was ausreicht, um der Batterie pro Ladestunde etwa 34 Meilen Strom zuzuführen. Das ist anständig schnell, besonders wenn Sie eine Weile geparkt sind, aber es ist weit entfernt von der durchschnittlichen DC-Schnellladestation (DCFC).
Einige Sicherheitsherausforderungen müssen ebenfalls angegangen werden, z. B. was passieren würde, wenn etwas Metallisches mit dem Ladepad in Kontakt käme, während es aktiv war. Da ein elektrischer Strom durch das Pad fließt, würde sich ein Metallgegenstand erhitzen und könnte schließlich einen Brand verursachen.
Um dem entgegenzuwirken, bauen Hersteller Ausfallsicherungen. In Ferrells Video erklärte der CEO von WiTricity, dass das Ladegerät abschalten und eine Benachrichtigung an Ihr Telefon senden würde, wenn ein Objekt wie eine Metalldose oder eine Katze, die unter das Auto gekrochen ist, um sich aufzuwärmen, erkannt wird. Wenn eine Person dem Ladepad zu nahe kommt, schaltet es sich ebenfalls ab. Auf der Website von WiTricity werden diese Vorsichtsmaßnahmen etwas ausführlicher beschrieben.
Was kommt als nächstes für das kabellose Laden von Elektrofahrzeugen?
Das kabellose Aufladen von Elektrofahrzeugen, das seit etwa 2007 entwickelt wird, könnte in den nächsten Jahren endlich zum Mainstream werden. Die Society of Automotive Engineers (SAE) hat 2020 einen Standard für das kabellose Laden von Elektrofahrzeugen ratifiziert und damit signalisiert, dass er auf den Massenmarkt gebracht werden kann. Sobald die Hersteller die Technologie angemessen getestet und entwickelt haben, werden wir wahrscheinlich sehen, dass das kabellose Laden bei Elektroautos zum Standard wird.
Es wird noch eine Weile dauern, bis die Infrastruktur diese Idee einholt und Nachrüstsätze für vergangene Modelle für den Durchschnittsverbraucher erschwinglich werden. Aber es ist ein Schritt in eine interessante Richtung.