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Elektromobilität: Daimler erforscht kabellose Ladeverfahren
In der Unterhaltungselektronik ist es der letzte Schrei: Induktives, das heißt kabelloses, Aufladen von Akkus. In Handys, elektrischen Zahnbürsten und Laptops gibt es die Aufladung per Magnetfeld schon seit einigen Jahren. Ein Forschungsverbund will nun entsprechende Systeme für elektrisch angetriebene Automobile entwickeln.
Die Vorteile des kabellosen Ladens von Akkus springen bei Automobilen sehr viel deutlicher ins Auge als beispielsweise bei Handys. Entsprechende einheitliche Standards vorausgesetzt, könnte der Akku im Elektroauto mit diesem Verfahren buchstäblich überall nachgeladen werden. Auch dort, wo sich das Einstöpseln eines Kabels nicht unbedingt anbietet, etwa auf öffentlichen Parkplätzen, auf Rastplätzen, vielleicht sogar an einer roten Ampel. Die Technik könnte unsichtbar und weitgehend vandalismussicher in Wand- oder Bodenflächen versteckt werden.
Anwenderfreundlich, aber noch nicht ausgereift
Der Fahrer müsste sich praktisch um nichts kümmern, sondern nur sein Auto auf einem entsprechend präparierten Stellplatz abstellen. Die Elektronik der Bodenspule würde die korrekte Position des Fahrzeugs automatisch erkennen und über eine Nahfeldkommunikation alle für den Ladevorgang notwendigen Informationen mit dem Fahrzeug austauschen.
Allerdings ist diese verlockende Lademethode bisher nur in eher leistungsschwachen Systemen wie eben Mobiltelefonen marktreif. Und auch dort hat sie noch die typischen Nachteile, die neue Technologien häufig haben: Hohe Preise und suboptimaler Wirkungsgrad. Ein induktives Ladesystem fürs Smartphone kostet derzeit um die 60 Euro. Die Ladezeiten sind zwar vergleichbar mit denen herkömmlicher Netzteile, der Stromverbrauch ist aber um 25 Prozent höher als bei kabelgebundener Aufladung.
Bis diese Technologie serienmäßig in Kraftfahrzeugen eingesetzt werden kann, sind also absehbar noch mehrere Jahre Forschungsarbeit nötig. Ein fahrzeugtaugliches Ladesystem würde einen höheren Wirkungsgrad ebenso benötigen wie Komponenten mit möglichst wenig Gewicht, die zudem platzsparend und sicher sein müssen. Außerdem müssen sie sich kostenmäßig für die Hersteller und die Konsumenten rechnen.
Deutsche Premium-Marken investieren
Ein entsprechendes Forschungsprojekt hat jetzt das Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit (BMU) angestoßen. Die Projektpartner sind dabei die Daimler AG und die Conductix-Wampfler AG, ein Hersteller entsprechender Systeme für die Energie- und Datenübertragung.
Auch andere Hersteller investieren derzeit massiv in elektrische Mobilität. So hat Audi in dieser Woche ein neues Entwicklungs- und Prüfzentrum für elektrische Antriebe am Standort Ingolstadt in Betrieb genommen. Die Anlage kostete rund 65 Mio. Euro und wird 840 Mitarbeiter auf 14.000 qm beschäftigen.
Von Nicola Wittenbecher
Quelle: MOTOR-TALK
Und wenn die Erkennung (Elektronik) im Boden mal versagt und man gerade darüber steht, dann ist die Familienplanung (etc.) wohl Geschichte?
Verlockende Idee, aber Handy und Auto sind doch 2 verschiedene "Kaliber".
Vielleicht ist hier ein technisch versierter User dabei, der mal erklären könnte wie die Leistung welche induktiv übertragen werden müsste, im Zweifelsfall auf einen Menschen wirken würde.
Darf man da eigentlich noch eine Magnetstreifenkarte (Tankkarte etc.) im Auto liegen lassen?
Also, im Prinzip geht es,
durch die elektromagnetischen Felder wird Energie übertragen.
Nur: Die Elektromagnetische Feldstärke nimmt quadratisch mit der Entfernung ab.
- Beispiel Transformator: Durchgeschnittener Trafokern.
Hat er keinen Luftspalt in seinem Eisenkern zwischen Primär u. Sekundär-Seite,
- erreicht er Wirkungsgrade bis 99%
Kommt jetzt ein Luftspalt zwischen untere Fahrbahndecke und Empfangspule im PKW dazu,
- wird da kaum noch etwas ankommen.
ca. 15cm. 2 hoch 15?
Auch Techniken mit HF-Ferrit-Trafos, können zur Zeit es kaum verbessern.
Obwohl einige für die Zukunft von 69% sprechen.
ES sind, leider nur Ideen, seit etlichen Jahren, welche bis 2050, umgesetzt werden sollen.
Schönen Gruß
Testmal
Dies wird nichts, würde ich mal vermuten.
Moin,
der Eisenkerntransformator ist hier nur bedingt vergleichbar, da hier ein Eisenloser Übertrager verwendet wird - Primär- und Sekundärseite sind auf eine gemeinsame Resonanzfrequenz abgestimmt, und man kann so höhere Wirkungsgrade erreichen, als wenn man einen Transformator mit großem Luftspalt ohne Resonanz betreibt. Problematisch bleibt aber der Anteil an Metallen in der Umgebung, der für ein großes Maß an Wirbelstromverlusten sorgt - und die Abstimmung des Resonanzkreises ist bei variablem Abstand (Kopplungsfaktor) nicht ganz so trivial.
Am ifak in Magdeburg hat man unter Laborbedingungen schon vor 5 Jahren eine Leistung von 1 kW über eine Distanz von 30 cm induktiv übertragen, bei immerhin 80% Wirkungsgrad. Man darf dabei allerdings nicht vergessen, dass dazu noch die Verluste des Wechselrichters auf der Primärseite kommen. Gleichrichter und Spannungswandler sekundärseitig müsste man bei einem Vergleich fairerweise 'rauslassen, denn diese beiden Komponenten benötigt auch die Ladung per Steckdose.
Es wird also sicherlich noch eine Weile dauern, und m.E. muss noch eine praktikable Lösung zur Feldführung und Reduzierung des Streufeldes gefunden werden - den Unterboden der Fahrzeuge mit Ferriten zu verkacheln kann es an der Stelle nicht sein. Aber induktive Übertragungssysteme gibt es im industriellen Einsatz als Ersatz für Schleppkabel schon seit längerer Zeit, oder wenn es etwas anschaulicher sein soll: Beim Transrapid hat es im größeren Stil auch funktioniert... 😉
Gruß,
Derk
Ja, das stimmt,
mit den Laborversuchen,
- aber reine Luftspulen, können nur wie Handys betrieben werden.
da wird es neue Diskusionen geben,
Resonanzwandler haben andere Probleme, welche hier zu weit gehen, nicht nur Schaltverluste
bis dann
Testmal
Gibt es diese Technik nicht schon in irgend einem Versuch in der Realitiät? Ich habe mal einen bericht gesehen, wo Elektrobusse an jeder Haltestelle darüber aufgeladen wurde.
Wenn die Entfernung der Spulen zu groß ist, könnte man diese ja auch ausfahrbar realisieren, ähnlich wie diese Straßenabsperrpoller. Wenn das Auto auf einem Parkplatz die richtige Position hat, ein Parkassistent könnte da helfen, fährt einfach ein Teil direkt unter das Auto, dann lädt es. Und bezüglich Gesundheitsschädigung: wenn das Auto auf einem Parkplatz steht, einfach nicht drin sitzen bleiben.
Den Vergleich kann ich jetzt nicht ganz nachvollziehen - völlig anderer Frequenzbereich, völlig andere Leistungsklasse, und nicht zuletzt sprechen wir bei Handies von Fernfeldkopplung, nicht vom Nahfeld - oder bezog sich das auf die Kleinstgerätelader?
Schade, aber - vermutlich etwas zu weit, ja 😉.
Da Wampfler im Eingangsbeitrag schon genannt wurde: Eine entsprechende Produktreihe zur induktiven Energieübertragung wird dort schon geführt, das Ladesystem wird hier beschrieben, anscheinend läuft es bei einzelnen, chinesischen Omnibussen bereits. Im Bereich der fahrerlosen Transportsysteme in Produktionsanlagen gibt es Umsetzungen auf induktiver Basis ebenfalls, aus dem Labor bis in die Industrie ist das System also bereits gekommen.
Gruß,
Derk
Der Wahnsinn nimmt seinen Lauf. Da soll der ohnehin schon sehr schlechte Wirkungsgrad von Elektroautos (also der Wirklungsgrad ab Produktion des Stroms) noch mehr verschlechtert und gleichzeitig Atomstrom verhinder werden.
Diese Transportsysteme werden aber nicht induktiv mit elektrischer Energie versorgt, sondern lediglich gelenkt! Also eine unsichtbare (induktive) Straße sozusagen...
Also wenn der Wirkungsgrad keine 99% erreicht, finde ich diese Technik überflüssig, zumal der Wirkungsgrad von E-Autos ohnehin nicht sonderlich ist, von der Produktion des Stoms, über laden und speichern bis zum Verbraucher betrachtet... (wie peer1969 schon schrieb)
Na wenn du alles wegschmeißen willst, was keine 99% Wirkungsgrad erreicht, dann kannst du so ziemlich jegliches Elektrogerät in deinem Haushalt wegwerfen! 😉
Bezüglich der Wirkungsgrade kenne ich keine genauen Zahlen, aber der Wirkungsgrad eines E-Fahrzeuges wird sich nicht großartig von dem von normalen Fahrzeugen unterscheiden. Ein E-Fahrzeug schafft 80-90% Wirkungsgrad, dann kommen die Leitungsverluste und der Wirkungsgrad der Kraftwerke der so zwischen 30 und 60% liegt hinzu.
Ein Verbrennerfahrzeug hat einen Wirkungsgrad zwischen 30-40% und die Raffination des Öls sowie der Transport ist ja auch nicht umsonst.
Diese Transportsysteme werden aber nicht induktiv mit elektrischer Energie versorgt, sondern lediglich gelenkt! Also eine unsichtbare (induktive) Straße sozusagen...
das stimmt so nicht. Ich habe mal in einem Projektmitgearbeitet wo die FTS (fahrerloses Transportsystem) ebenfalls über die Induktionsschleifen geladen wurden...
Trotzdem musste auch hier der Abstand zw. Boden und Fahrzeug sehr gering sein glaub 15-20mm.
Für Träger von z.B. Herzschrittmachern sind die Magnetfelder induktiver Ladesysteme grosser Leistung wohl nichts...
Ciao!
Hallo Derk
Ifak liefert doch alle Hinweise auf die Übertragungsphysik.
http://www.ifak.eu/fileadmin/home/user/aho/PDF/PAPER_KONTENDA_2003.pdf
Die Seiten 10,11 zeigen Grafiken für den Luftspaltabstand und der übertragbaren Leistung.
Auch den Einfluß der Taktfrequnz.
Davor werden die Induktivitäten vom optimalen Übertrager
bis zur reinen Luftspule dargestellt.
Je höher die Induktivität, um so kleiner der notwendige Strom
für den Aufbau des Magnetfeldes.
Interessant ist doch die Darstellung auf Seite 8, die Darstellung
einer Resonanzübertragungskurve.
Nur wenn die Empfangsspule hundert prozentig übereinstimmt,
kann das Maximum übertragen werden.
Jede Abweichung nach rechts, links oder Schieflage,
mindert die Übertragungsleistung.
Was natürlich nicht drin steht, ist die optimal notwendige elektronische Abgleichung zwischen Pimär- und Sekundär-Spule.
Das wird per datenübertragung wohl möglich sein.
Was nicht erwähnt wird, ist der Halbleiteraufwand,
welcher überdimensioniert werden muß,
für die Blindleistung in den Streuinduktivitäten.
Die Wirkungsgradangaben, beziehen sich nur auf die einzelnen
Bausteine.
Beim Musteraufbau wird scheinbar mit dem Abstand, die Drehzahl
des Motors geregelt. Max. Leistung 1KW.
Bei FTS´s ist der max. Abstand auf max. 30mm begrenzt.
Die fahren ja nur kurze Strecken und verweilen dann einige Minuten für die Montage einiger Komponenten oder bewegen sich nur in Zeitlupe mit geringen Verbrauch.
Also weiter machen
Testmal
Der Testaufbau fehlt vermutlich
Diese Idee klingt für einen Laien wie mich erst mal verlockend.
Nachdem ich aber die Antworten von denen gelesen habe, die anscheinend mehr Ahnung davon haben als ich, kommen mir doch gewisse Zweifel an der Durchführung.
Mal abgesehen von einer neuen Akkutechnologie, welche mit einer Ladung auch bei widrigsten Umständen (zusätzlich Licht und Heizung an) mindestens eine Reichweite von 500 Kilometern erzielt, könnte ich mir eher zwei andere Varianten vorstellen.
Zum einen die Technik, an entsprechenden Stationen den fast leeren Akkus gegen einen frisch geladenen tauschen zu lassen.
Versuche dazu soll es ja schon geben.
Oder zusätzlich einen Verbrennungsmotor an Bord, der in der Drehzahl mit dem besten Wirkungsgrad bei Bedarf den Akku nachlädt.
Den Motor aber bitte so gut gekapselt, das er kaum zu hören ist.
Aber das sollte kein Problem mehr sein.
Nur, wie sieht es bei letzter Variante im Endeffekt mit dem Wirkungsgrad gegenüber einem reinen Elektrofahrzeug aus, das mittels Steckdose geladen wird?
Wie viel Energie geht jeweils dabei verloren?