Drahtlos und mobil
Artikel aus dem TÜV SÜD Journal 4/2010
| Elektrofahrzeuge könnten die Mobilität von morgen bestimmen. Eine technische Frage, an der derzeit intensiv geforscht wird, ist das schnelle und einfache Laden der Lithium-Ionen-Akkus. Eine kabellose Lösung erscheint vielversprechend – doch noch gibt es keine Sicherheitsstandards. |
Es gibt kaum einen Ort, der sicherer ist als ein Auto. Zumindest bei einem Gewitter. Der 1791 geborene englische Physiker Michael Faraday entdeckte erstmals das nach ihm benannte Phänomen des »faradayschen Käfigs«: Schlägt ein Blitz in einen Metallkäfig ein, so fließt Strom nur an der Außenseite. Bei einem Auto steht also die Karosserie unter Strom, die Personen im Innenraum sind gut geschützt. Im Jahr 1831 stieß Faraday auf eine weitere Besonderheit mit großer Bedeutung für die Zukunft des Automobils: Ein Magnetfeld erzeugt Elektrizität. Das als elektromagnetische Induktion bezeichnete Prinzip wird heute genutzt, um Akkus kabellos zu laden. Was zum Beispiel bei elektrischen Zahnbürsten funktioniert, soll nun auch für Elektrofahrzeuge möglich werden.
Seit Juni 2009 testet der Energiekonzern E.ON mit dem Automobilhersteller BMW die Praxistauglichkeit des MINI E, der Elektrovariante seiner Marke MINI. Knapp 200 Kilometer legen Testfahrer zurück, ehe sie das Elektrofahrzeug per Stromkabel laden müssen. Der Nachteil des konduktiven, also kabelgebundenen, Ladens liegt wortwörtlich auf der Hand. »Das Hantieren mit dem Ladekabel wurde als unbequem empfunden«, sagt Ruth Werhahn, Leiterin der Konzerninitiative Elektromobilität der E.ON AG. »Fünf Kilogramm nasses oder auch matschverschmiertes Kabel im Kofferraum verstauen zu müssen, ohne seine Kleidung zu ruinieren, ist gar nicht so einfach.«
Akkus laden sich automatisch auf
»Deshalb brauchen wir eine bequeme Alternative«, sagt Michael Winter, Experte des Innovationsprojekts e-mobility von TÜV SÜD. »In Zukunft wird das induktive Ladesystem eine effiziente Stromübertragung ohne das lästige Kabel ermöglichen.« Ein mögliches Modell sieht so aus: Auf dem Boden der eigenen Garage liegt eine 1,5 Quadratmeter große Ladematte. In ihr befindet sich eine an eine Stromquelle angeschlossene Induktionsspule. Fährt das Elektroauto in die Garage, so beginnt automatisch der Ladevorgang. Von der Ladematte überträgt sich Spannung auf die am Unterboden des Autos befestigte Empfängerspule – und zwar berührungslos. Das System könnte auch an öffentlichen Parkplätzen zum Einsatz kommen – versteckt unter der Asphaltdecke. Selbst bei Eis, Schnee oder stark verschmutzer Fahrbahn soll der Ladevorgang möglich sein.
Schon eine kabelgebundene Kurzladung für 130 Kilometer Reichweite braucht vier Stunden – relativ lange für den Alltagsgebrauch. Induktives Laden dauert noch länger, denn durch den Abstand zwischen Ladematte und Unterboden geht Energie verloren. Denkbar wäre deshalb, einen Teil des Fahrzeugunterbodens beim Parken abzusenken, um so das Laden zu beschleunigen. An einer anderen Lösung arbeitet der Hamburger Unternehmer Sirri Karabag, der Elektroautos auf Basis des Fiat 500 baut. Mit dem Auto fährt man direkt an eine Art Zugpuffer und überträgt den Strom auf eine Platte hinter dem vorderen Nummernschild. Welche Methode sich durchsetzt, ist noch nicht absehbar.
Gefahren für Mensch und Tier ausschließen
Seit Juli 2010 erprobt TÜV SÜD in Kooperation mit E.ON einen Prototyp der Ladematte. »Im Fokus stehen dabei Betriebssicherheit und Alltagstauglichkeit des Systems«, sagt Dr. Axel Stepken, Vorstandsvorsitzender von TÜV SÜD. Betrieben wird die Ladematte derzeit mit der haushaltsüblichen Spannung von 230 Volt, künftig soll diese auf 400 Volt erhöht werden, um die Ladedauer zu verkürzen.
Ob dabei Gefahren für Mensch und Tier entstehen, muss geklärt werden. Was passiert beispielsweise, wenn eine Katze während des Ladevorgangs über die Ladematte läuft? Wie stark erhitzen sich metallische Gegenstände, die in der Nähe des elektromagnetischen Feldes liegen? Noch fehlt ein gesetzlicher Rahmen für induktive Ladetechniken. Deshalb erarbeitet TÜV SÜD Vorschläge, um Entwicklungen nach einheitlichen Richtlinien zu zertifizieren und Gefahren zu verhindern.
Vision »e-road«: Akkus laden während der Fahrt
Bereits 2020 sollen nach Plan der deutschen Bundesregierung mindestens eine Million Elektroautos über die Straßen rollen. Laut der Unternehmensberatung Roland Berger könnten dann zehn Prozent der weltweit verkauften Neuwagen Elektro- oder Hybridautos sein. »Schon jetzt gilt es bei der Konzeption der Elektrofahrzeuge das induktive Laden mitzudenken«, sagt Winter.
Mitdenken bedeutet auch, weit in die Zukunft zu blicken. Unter dem Projektnamen »e-road« kooperiert die Universität Erlangen mit verschiedenen Firmen der Technologie-, Automobil- und Baubranche. Derzeit wird eine Machbarkeitsstudie erarbeitet, die zeigen soll, wie realisierbar das Laden während der Fahrt ist – durch flächendeckende Ladespulen in der Asphaltdecke.