Prototyp einer Spule - Ø ca 70 cm - zur kontaktlosen Energieübertragungzwischen stationärer Ladestation und Elektrofahrzeug. Bild: Fraunhofer ISE

Induktives Ladesystem für Elektrofahrzeuge

In das Fahrzeug und die Straße integrierte Spulen erzeugen ein Magnetfeld. So kann eine Autobatterie kontaktlos geladen werden.

Im Rahmen des Fraunhofer-Verbundprojekts „Gemeinschaftlich-e-Mobilität: Fahrzeuge, Daten und Infrastruktur (GeMo)” haben Forscher des Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme (ISE) in Freiburg ein System zur induktiven Ladung von Elektrofahrzeugen entwickelt. Dabei erfolgt die Energieübertragung an die Fahrzeugbatterie kontaktlos über ein Magnetfeld zwischen zwei Spulen. Die stationäre Spule wird in die Straße oder den Parkplatz eingelassen, die mobile Spule ist in den Fahrzeugboden integriert. Das Ladesystem habe sich bisher als äußerst effizient erwiesen, so werde bei einem Spulenabstand von 13 cm ein Wirkungsgrad von 97,4 % erzielt. Die übertragbare Leistung betrage 22 kW. Damit kann eine übliche Elektrofahrzeugbatterie in weniger als einer Stunde auf 80 % ihrer Nennkapazität geladen werden.

Für die kontaktlose Energieübertragung sind v. a. leistungselektronische Wandler, das Spulensystem und die Regelungstechnik notwendig. Ein resonanter leistungselektronischer Wandler erzeugt mit Hilfe des Resonanzkreises und der stationären Spule ein hochfrequentes Magnetfeld. So kann die Leistung an die mobile Spule im Fahrzeug übertragen werden. Ein weiterer Wandler formt den hochfrequenten Spulenstrom wieder in Gleichstrom um und lädt damit die Batterie. Die Effizienz der Wandler konnte durch den Einsatz neuer Halbleiterbauelemente aus Siliziumkarbid (SiC) erheblich gesteigert werden. Durch die Optimierung der Spulen und des Resonanzkreises konnten Verluste minimiert werden.

Das Ladesystem arbeitet durchgehend bidirektional: es kann sowohl Strom aus dem Netz ins Fahrzeug übertragen als auch zwischengespeicherter Strom aus der Fahrzeugbatterie zurück ins Netz gespeist werden. (msz)