Elektromobilität: Kabelloses Laden – bequem und automatisierbar

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Alltagstest induktive Ladestation in Braunschweig

Die induktive, kabellose Energieübertragung ist eine zukunftssichere Möglichkeit zum Laden von Elektrofahrzeugen, insbesondere für Anwendungen im öffentlichen Raum. Ein großer Vorteil gegenüber dem kabelgebundenen Laden ist der Komfort für den Benutzer und die einfache Automatisierbarkeit. Zunächst dürfte diese Ladetechnologie im innerstädtischen Flotten- und Taxiverkehr sowie bei autonomen Fahranwendungen zum Einsatz kommen. Verschiedene Projekte und die Veröffentlichung von Standards für induktives Laden sorgen derzeit für mehr öffentliche Aufmerksamkeit für die Technologie.

Forscher in der Verbundprojekt LISA4CL In Zusammenarbeit mit der Technischen Universität Braunschweig und der INTIS GmbH wurde ein stationäres induktives Ladesystem für Elektrofahrzeuge mit einer Ladeleistung von 22 kW entwickelt. Die dafür notwendigen Komponenten wurden am Institut für Elektrische Maschinen, Bahn- und Antriebstechnik (IMAB) der TU Braunschweig sowie am elenia Institut für Hochspannungstechnik und Energiesysteme erfolgreich getestet. Die Ladetechnik wurde am INTIS-Standort im emsländischen Lathen aufgebaut und ein Testfahrzeug umgebaut. Anschließend wurden gemeinsam mit der Technischen Universität Braunschweig umfangreiche Tests der Funktionalität und Sicherheit des Systems durchgeführt. „Das große Potenzial für technischen Fortschritt, das sich aus der Zusammenarbeit zwischen Wissenschaft und Industrie ergibt, ist bekannt und wurde im Projekt LISA4CL erneut bestätigt“, sagt INTIS-Geschäftsführer Dr. Ralf Effenberger. Installiert wurde das System am Niedersächsisches Forschungszentrum Fahrzeugtechnik (NFF) in Braunschweig gebaut und dem Gebäudemanagement der Technischen Universität Braunschweig zur praktischen Erprobung auf Braunschweiger Straßen übergeben.

Erprobung im Alltagseinsatz

Mit der Inbetriebnahme in Braunschweig ist das Projekt LISA4CL in die induktive Feldtestphase eingetreten, in der das bisher entwickelte Ladesystem im realen Alltagseinsatz erprobt wird. „Der praxisnahe Feldtest ist ein sehr wichtiger Bestandteil des Projektes, da wir hier unsere Technologie in der Praxis auf ihre langfristige Funktion und den Nutzen für den Anwender testen können“, sagt Professor Markus Henke, Direktor des IMAB.

Die Technik: Ein induktives Ladesystem besteht aus einer straßenseitigen und einer fahrzeugseitigen Komponente. Die Energie wird dabei berührungslos über einen Luftspalt von der Fahrbahnoberfläche auf das parkende Fahrzeug übertragen. Im Fahrzeug wird die elektrische Energie über leistungselektronische Schaltungen an die Hochvoltbatterie übertragen.

Hohe Effizienz beim kabellosen Laden ist ein wesentlicher Faktor für die Wettbewerbsfähigkeit gegenüber kabelgebundenem Laden. Vor diesem Hintergrund wurde im Projekt LISA4CL bei der Entwicklung und Auslegung des Systems ein besonderes Augenmerk auf die Effizienz gelegt. „Um eine hohe Gesamteffizienz zu erreichen, müssen sowohl die einzelnen Komponenten als auch die gesamte Wirkungsgradkette optimiert werden“, sagt Tim-Hendrik Dietrich, wissenschaftlicher Mitarbeiter am Institut für Elektrische Maschinen, Bahn- und Antriebstechnik der TU Braunschweig.

Außerdem, Kommunikation zwischen Elektrofahrzeug und Ladestation ist auch für den Ladevorgang entscheidend. Die Realisierung der Hard- und Software für die Ladekommunikation war daher ein weiterer Schwerpunkt der Entwicklung: „Die Umsetzung der Anforderungen der mittlerweile verfügbaren technischen Standards für die Ladekommunikation beim induktiven Laden ist ein zentraler Baustein für die Umsetzung der Technologie“, sagt Gian-Luca Di Modica, wissenschaftlicher Mitarbeiter am elenia Institut der TU Braunschweig.

Für die Umsetzung ist insbesondere Interoperabilität erforderlich, damit Fahrzeuge an jeder induktiven Ladestation laden können, unabhängig vom Hersteller. Zu diesem Zweck werden Standards und Normen für das induktive Laden entwickelt, die die Anforderungen an die kontaktlose Energieübertragung und die Kommunikation zwischen Fahrzeug und Ladestation auf der Infrastrukturseite definieren. Das Projekt unterstützt auch die Standardisierung der 22 kW-Leistungsklasse„Wir werden die Erkenntnisse aus dem Projekt nutzen, um Empfehlungen zu formulieren und diese in internationalen Standardisierungsgremien einzubringen“, sagt Ralf Effenberger.

Durchführung und Ziele des Feldtests

Das induktive Ladesystem wird im Gebäudemanagement der TU Braunschweig auch über die Projektlaufzeit hinaus im Praxisbetrieb erprobt. Relevante Fragen sind etwa die mögliche Vereinfachung des Betriebsablaufs durch die kontaktlose Ladetechnik oder die Auswirkungen auf die Reichweite durch sogenannte Gelegenheitsaufladung.

Der Auswirkungen auf das Stromnetz sind ebenfalls von Interesse, wenn man davon ausgeht, dass die Anzahl der Ladepunkte in Zukunft deutlich steigen wird. Hierzu wird auf der Infrastrukturseite des induktiven Ladesystems ein Netzanalysator integriert, der den Energieverbrauch und die Leistung des Systems erfasst. Mit dem Messgerät werden auch Stromqualitätsparameter gemessen, um mögliche Netzauswirkungen zu identifizieren.

Vergleich der Ladetechnologien

Die Bewertung der induktiven Ladetechnologie, insbesondere im Vergleich zum konduktiven Laden, spielt eine Schlüsselrolle. Vor diesem Hintergrund Feldversuch mit konduktiver Ladeinfrastruktur wurde bereits durchgeführt. Sowohl die konduktiven Ladepunkte als auch die induktive Ladestation sind an ein zentrales Lademanagementsystem angeschlossen. Die Ergebnisse der induktiven und konduktiven Feldtests werden genutzt, um die beiden Ladetechnologien miteinander zu vergleichen.

Ein weiteres Ziel des Feldversuchs und seiner Auswertung ist es, durch den Betrieb des induktiven Ladesystems Optimierungsmöglichkeiten aufzuzeigen. Die Ergebnisse fließen in die zukünftige Entwicklung von Systemen zur berührungslosen Energieübertragung ein.

Intelligente Ladekonzepte

Ein weiterer Schwerpunkt des Forschungsprojekts LISA4CL war die Entwicklung von Ladekonzepten für Elektrofahrzeuge, insbesondere für Flottenanwendungen. Dabei standen das erzeugungsorientierte Laden mit erneuerbaren Energien und das netzorientierte Laden in Abhängigkeit von Daten über den aktuellen Zustand des Stromnetzes im Fokus, um die Netzbelastung zu reduzieren. In die Entwicklung der Ladekonzepte sind reale Ladedaten und Messdaten zur Netzqualität aus dem konduktiven Flottenfeldversuch eingeflossen. „Intelligente Ladekonzepte spielen eine Schlüsselrolle bei der Mobilitätswende, da sie höhere Durchdringungsraten von Elektrofahrzeugen in Netzen ohne Netzausbau ermöglichen und durch die optimale Integration erneuerbarer Energien den CO2-Fußabdruck von Elektrofahrzeugen erhöhen“, sagt Professor Bernd Engel, Leiter des elenia Instituts der TU Braunschweig.

Projektdaten:

Das Bundesministerium für Digitalisierung und Verkehr (BMDV) förderte das Projekt LISA4CL für vier Jahre bis März 2024 mit rund 1,6 Millionen Euro. Die TU Braunschweig erhielt für die Realisierung des Projekts über 1,3 Millionen Euro, aufgeteilt auf das elenia Institut für Hochspannungstechnik und Energiesysteme und das Institut für Elektrische Maschinen, Traktion und Antriebe (IMAB). Neben dem Projektpartner INTIS GmbH waren Fairsenden, die Berliner Agentur für Elektromobilität eMO und VW Nutzfahrzeuge assoziierte Partner. Die Umsetzung der Förderrichtlinie wurde von der NOW GmbH (Nationale Organisation Wasserstoff- und Brennstoffzellentechnologie) koordiniert. Als Projektorganisator fungierte der PTJ (Projektträger Jülich).

Artikel und Bild mit freundlicher Genehmigung von Technische Universität Braunschweig