Eine der größten Herausforderungen bei der breiten Einführung von Elektroautos ist das Aufladen der Fahrzeuge. Viele potenzielle Fahrer von Elektroautos haben Bedenken hinsichtlich der Reichweite oder möchten nicht viel Zeit damit verbringen, die Batterie des Elektroautos auf langen Fahrten aufzuladen. Das kabellose Aufladen von Elektroautos mag zwar wie ein Science-Fiction-Film erscheinen, könnte aber ein gangbarer Weg sein, um die Probleme beim Aufladen von Elektroautos zu lösen. Diese kabellosen Energieübertragungssysteme funktionieren, während das Fahrzeug in Bewegung ist, und bieten zahlreiche Vorteile.
Da Elektroautos immer beliebter werden und in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt werden, wie z.B. in Lieferfahrzeugen, Firmenflotten und für private Fahrten, wird es entscheidend sein, die Batterien von Elektroautos aufzuladen, ohne die Reichweite des Fahrzeugs zu beeinträchtigen. Während die Batteriekapazität und die Reichweite von E-Fahrzeugen in den letzten Jahren deutlich zugenommen haben, können auch Ladelösungen den Einsatz von E-Fahrzeugen auf breiter Basis rentabler machen. Daher lohnt es sich für EV-Experten, die Entwicklungen in der Branche zu verstehen, um innovative Ansätze für eine kohlenstoffneutrale Welt umzusetzen.
Was ist kabelloses Laden für Elektrofahrzeuge?
Im Gegensatz zum statischen Laden ermöglicht das dynamische kabellose Laden von Elektrofahrzeugen oder das Laden während der Fahrt, dass Elektroautos und -lastwagen während der Fahrt kontinuierlich aufgeladen werden, so dass sie nicht zum Tanken oder Aufladen anhalten müssen. Stattdessen erhalten sie einen konstanten Energiestrom durch einen Luftspalt, während das Fahrzeug in Bewegung ist. Bei diesen Systemen wird ein Hochfrequenz-Wechselrichter verwendet, um das magnetische Wechselfeld zu erzeugen, das für die drahtlose Übertragung von Strom an das Fahrzeug durch elektromagnetische Induktion erforderlich ist. Mit anderen Worten: Die öffentliche Infrastruktur wird für das fortschrittliche Aufladen der Batterien von Elektrofahrzeugen genutzt.
Induktives Laden oder induktive Energieübertragung ist jedoch kein neues Phänomen. Vielleicht nutzen Sie diese Technologie bereits zu Hause mit einer elektrischen Zahnbürste oder einem kabellosen Handyladegerät. Die kabellose Energieübertragung mittels magnetischer Resonanz (WPT) nutzt das induktive Laden über ein Pad auf dem Boden und einen Empfänger im Fahrzeug, der auf dieselbe Frequenz abgestimmt ist. Der Vorteil ist, dass die Module nicht perfekt ausgerichtet sein müssen, um Energie zu übertragen, wenn sie auf der gleichen Betriebsfrequenz arbeiten.
“Ein wesentlicher Vorteil dieser Technologie besteht darin, dass sie neue Bereiche des Verkehrssektors für die Elektrifizierung erschließt”, so Burak Ozpineci – sagte Burak Ozpineci, Leiter der Forschungsabteilung für Fahrzeuge und Mobilitätssysteme am Oak Ridge National Laboratory (ORNL) des US-Energieministeriums (DOE). “Es geht nicht nur um das schnelle Aufladen von Fahrzeugen. Es geht auch um die Fähigkeit, Langstrecken-LKWs, die einen erheblichen Teil des in diesem Land verbrauchten Kraftstoffs verbrauchen, auf Strom umzustellen.”
Trotz der Herausforderungen wächst die Dynamik, da sich die Unternehmen um eine standardisierte Technologie gruppieren und Automobilhersteller und Kommunen Anwendungsfälle erforschen. Sogar Tesla hat Interesse an der drahtlosen Ladetechnologie gezeigt. Derzeit werden Pilotprojekte durchgeführt, wobei sich die Versuche sowohl auf Personen- als auch auf Nutzfahrzeuge konzentrieren. Die SAE International arbeitet ebenfalls an der Standardisierung, was die Einführung des dynamischen kabellosen Ladens weiter beschleunigen könnte.
Welche Forschungsarbeiten wurden im Bereich des dynamischen kabellosen Ladens für Elektrofahrzeuge durchgeführt?
Das DOE und das ORNL arbeiten an der Entwicklung dynamischer kabelloser Ladevorgänge für Elektrofahrzeuge, um die Nutzung von Elektrofahrzeugen bequemer und kostengünstiger für die Verbraucher zu machen und die Nutzung bei Autobahngeschwindigkeiten zu erleichtern. Ziel ist es, eine hocheffiziente drahtlose Ladetechnologie in das nationale Netz zu integrieren und die Ladeleistung für Hochgeschwindigkeitsanwendungen aufrechtzuerhalten.
Zu den Partnern gehören das Idaho National Laboratory, das National Renewable Energy Laboratory, die Hyundai Motor Group, das American Center for Mobility und das Virginia Tech Transportation Institute. Die Arbeit wird auch vom DOE Office of Energy Efficiency and Renewable Energy’s Vehicle Technologies Office unterstützt.
Die Forscher haben bereits eine Reihe von technischen Errungenschaften erzielt, darunter hochrangige Kosten- und Machbarkeitsstudien, die Identifizierung einer geeigneten Architektur für DWPT-Koppler (Dynamic Wireless Power Transfer) mit einer Leistung von 200 kW und die Analyse der Machbarkeit eines groß angelegten Einsatzes auf den Hauptverkehrsstraßen von Atlanta. Einige Forscher befassen sich mit der Fehlausrichtung von Fahrzeugen, der Sicherheit in elektromagnetischen Feldern und den Herausforderungen in Bezug auf die Leistungsdichte und den Wirkungsgrad aufgrund des hohen Stroms (~750 A), der hohen Spannung (~4 kV) und der hohen Frequenz (~85 kHz).
Das ORNL hat eine dynamische drahtlose Ladetechnologie für Elektrofahrzeuge entwickelt und diese an HEVO aus Brooklyn lizenziert. Die Lizenz umfasst die einzigartige mehrphasige elektromagnetische Spule von ORNL und den Oak Ridge-Konverter. Im Rahmen der Vereinbarung werden ORNL und HEVO zusammenarbeiten, um die Technologie für die kommerzielle Produktion vorzubereiten.
“Wir freuen uns, dass eine weitere unserer Technologien den privaten Sektor erreicht, wo sie neue grüne Arbeitsplätze schaffen und die nationalen Ziele für saubere Energie unterstützen kann”, sagte Xin Sun, stellvertretender Direktor des ORNL
– xin Sun, stellvertretender Direktor des Energy Science and Technology Laboratory am ORNL, sagte.
“Das Aufladen von Elektrofahrzeugen muss einfach, nahtlos und sicher sein, um die Masseneinführung zu beschleunigen und sich auf eine autonome Zukunft vorzubereiten”, sagte Jeremy McCool, Leiter des ORNL
– sagte Jeremy McCool,
gründer und CEO von HEVO. “Unsere Partnerschaft mit ORNL nutzt HEVOs Stärke bei der Konzeption, Entwicklung und Vermarktung von kabelloser Ladetechnologie und -software als erstes und einziges Unternehmen weltweit, das sowohl SAE- als auch UL-konforme Sicherheits- und Leistungsanforderungen erfüllt
Detroit hat den ersten Vorstoß in das kabellose Laden von Elektrofahrzeugen gemacht.
Die Motor City verfügt über die erste öffentliche kabellose Ladestraße für Elektrofahrzeuge in den USA auf einem Viertelmeilenabschnitt in Corktown. Im November 2023. Das Michigan Department of Transportation (MDOT) und die Stadt Detroit enthüllten die neue Strecke an der 14th Street zwischen den Straßen Marantette und Dalzelle in der Nähe des Michigan Central Station.
“Die Entwicklung elektrifizierter Straßen kann ein Katalysator sein, um das Interesse und die Akzeptanz von Elektrofahrzeugen bei allen Verbrauchern zu beschleunigen”, so – sagte MDOT-Direktor Bradley C. Wieferich. “Wenn wir es den Nutzern von Elektrofahrzeugen erleichtern, eine zuverlässige Ladestation zu finden, ohne ihre Fahrt zu unterbrechen, unterstützt das sowohl den Flottenbetrieb als auch den Personenverkehr. Wir sind stolz darauf, mit Partnern aus der Privatwirtschaft und der Stadt Detroit zusammenzuarbeiten, um diese wichtigen Initiativen zu unterstützen, die uns in eine nachhaltigere Zukunft mit weniger Emissionen führen.”
Dieses Versuchsgebiet ist von Bedeutung, weil die Ford Motor Co. aktiv einen Campus für elektrische und autonome Fahrzeuge aufbaut. Die Straße wurde mit induktiven Ladespulen ausgestattet, die von Electreon Wireless Ltd, einem israelischen Unternehmen, geliefert wurden. Mit dieser Installation zum kabellosen Laden von Elektrofahrzeugen soll die Effektivität der Technologie bewertet und ihre Anwendungsmöglichkeiten im öffentlichen Verkehr erforscht werden. Allerdings können nur Elektrofahrzeuge, die mit einem speziellen drahtlosen Ladeempfänger ausgestattet sind, diese Ladeinfrastruktur nutzen.
“Wir freuen uns, dass wir bei der Entwicklung und Umsetzung der ersten kabellosen Ladestraße Amerikas federführend sind”, sagte Dr. Stefan Tongur, Electronica – sagte Dr. Stefan Tongur, Vizepräsident für Geschäftsentwicklung bei Electreon. “Dieser Meilenstein ist ein Beweis für unsere Zusammenarbeit mit dem Staat Michigan und MDOT, der Stadt Detroit, Michigan Central, Ford, Jacobs, Next Energy, DTE und anderen. Zusammen mit Michigans Erfahrung in der Automobilindustrie werden wir demonstrieren, wie kabelloses Laden die breite Akzeptanz von Elektrofahrzeugen ermöglicht, indem wir die begrenzte Reichweite, die Beschränkungen des Netzes sowie die Größe und die Kosten der Batterien überwinden. Dieses Projekt ebnet den Weg für eine emissionsfreie Mobilitätszukunft, in der Elektrofahrzeuge die Norm sind, nicht die Ausnahme.”
Vor- und Nachteile des kabellosen Ladens von Elektrofahrzeugen.
Die kabellose Ladetechnologie für Elektrofahrzeuge hat zwar viele Vorteile, aber ihre kommerzielle Nutzbarkeit muss noch einige Herausforderungen meistern, und es bedarf weiterer Forschung und Bewertung.
Potenzielle Vorteile des dynamischen Ladens.
Wenn die kabellose Ladetechnologie für Elektrofahrzeuge verfeinert und in die Infrastruktur implementiert werden kann, hat die weit verbreitete Nutzung der dynamischen induktiven Energieübertragung viele potenzielle Vorteile.
- Das kontinuierliche Aufladen der Batterien von Elektrofahrzeugen kann die Reichweitenproblematik verringern, da die Fahrzeuge während der Fahrt aufgeladen werden können, was ihren Marktanteil erhöhen könnte.
- Effektive dynamische Ladelösungen reduzieren den Bedarf an Ladestationen und sparen somit Platz.
- Kontinuierliches Laden reduziert die Größe der Batterie eines Elektrofahrzeugs und verringert gleichzeitig ihr Gewicht, was dazu beiträgt, die Kosten für Elektrofahrzeuge zu senken und Material einzusparen.
- Dynamisches Laden ist bequemer als die Nutzung von Tankstellen oder stationären Ladestationen für Elektrofahrzeuge, da es Zeit spart und dazu beiträgt, die Popularität und Attraktivität von Elektrofahrzeugen zu steigern.
- Wenn sich die kabellose Ladetechnologie für Elektrofahrzeuge durchsetzt, könnte sie den Übergang zu saubereren Energiequellen beschleunigen und dazu beitragen, den Klimawandel abzuschwächen.
- Die Einsatzmöglichkeiten von Elektrofahrzeugen, einschließlich Langstrecken-Lkw, werden erweitert.
Nachteile des kabellosen Ladens für Elektrofahrzeuge.
Das dynamische kabellose Laden ist zwar vielversprechend, birgt aber auch Herausforderungen, die weitere Forschung und Finanzierung erfordern.
- Weitere Forschung ist erforderlich, um die Leistung und Effizienz der bestehenden Technologie zu erhöhen. So kann beispielsweise eine falsche Ausrichtung oder eine Abweichung der Position der Empfangsspule von der optimalen Position über der Sendespule die Leistung und Zuverlässigkeit von drahtlosen dynamischen Ladesystemen beeinträchtigen.
- Es kann eine Herausforderung sein, Platz für eine kabellose Ladestation und Geräte an der Unterseite eines bestehenden Fahrzeugs zu finden.
- Überwinden Sie die technologischen Herausforderungen, die sich aus der Interferenz der Fahrzeugkarosserie mit der Leistung der Stromübertragung ergeben.
- Die Aufrüstung der Infrastruktur und die Integration dynamischer, drahtloser Ladefunktionen in das bestehende Design für einen breiten Einsatz wäre kostspielig.
Welche Elektrofahrzeuge sind mit einer dynamischen Ladefunktion ausgestattet?
Derzeit ist das einzige in den USA erhältliche Elektrofahrzeug mit integrierter drahtloser Ladefunktion die BMW 530e Hybrid-Limousine. WiTricity, ein Anbieter für kabelloses Laden, der sich 2022 eine Investition von 25 Millionen Dollar von Siemens gesichert hat, arbeitet aktiv an Lizenzvereinbarungen. Diese Vereinbarungen, die die Aufmerksamkeit von General Motors auf sich gezogen haben, sind Teil der laufenden Bemühungen von WiTricity, die kabellose Ladetechnologie zu entwickeln.
Gibt es ein großes Interesse an kabellosem Laden für Elektrofahrzeuge?
Laut WiTricity gibt es eine starke Nachfrage der Verbraucher nach dynamischem kabellosem Laden. WiTricity befragte 1.000 Menschen in den USA, die ein Elektrofahrzeug besitzen oder den Kauf eines solchen in Erwägung ziehen, und stellte fest, dass 81 % sehr an Elektrofahrzeugen mit kabellosem Laden interessiert sind.
Gesetzgebung zur Unterstützung des dynamischen Ladens von Elektroautos.
Die Abgeordnete Haley Stevens aus Michigan hat den Electric Vehicle Wireless Charging Grant Program Act of 2023 eingebracht. Der Gesetzentwurf zielt darauf ab, eine Zuschussinitiative innerhalb des US-Verkehrsministeriums (DOT) einzurichten, um das dynamische kabellose Laden von Elektrofahrzeugen zu unterstützen. Inspiriert von einem Pilotprogramm in Michigan, zielt der Dynamic Wireless Charging Act darauf ab, die USA an die Spitze dieser Technologie zu bringen.
“Dynamisches kabelloses Laden hat das enorme Potenzial, die Art und Weise, wie Elektrofahrzeuge aufgeladen werden, zu revolutionieren und könnte eine breite Akzeptanz von Elektrofahrzeugen ermöglichen, indem einige der größten Herausforderungen der Elektrifizierung angegangen werden”, sagte die Abgeordnete Stevens
– sagte Kongressabgeordnete Stevens.
“Michigan ist ein innovativer Staat, der die Zukunft der Elektrofahrzeuge vorantreibt, und die Erleichterung des Aufladens für die Verbraucher ist der nächste Schritt. Die Investition in neue Technologien für Elektrofahrzeuge ist entscheidend für die Steigerung der globalen Wettbewerbsfähigkeit Amerikas. Kabelloses Laden kann die Größe und Kosten der Batterien reduzieren, die Reichweite erhöhen, den Druck auf das Stromnetz verringern und die Elektrifizierung autonomer Fahrzeuge ermöglichen.”
Das dynamische Aufladen von Elektrofahrzeugen kann dazu beitragen, deren Popularität zu steigern.
In dem Maße, wie Elektrofahrzeuge auf dem Automobilmarkt an Bedeutung gewinnen und dazu beitragen, Emissionen, den Verbrauch fossiler Brennstoffe und die Umweltverschmutzung zu reduzieren, werden komfortable Ladelösungen immer wichtiger. Das kabellose Aufladen von Elektroautos hat das Potenzial, die Elektrifizierung von Fahrzeugen und ihre Verbreitung zu beschleunigen. Aufgrund ihres unglaublichen Potenzials wird intensiv an leistungsstarken drahtlosen Ladesystemen geforscht.