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Die neue kabellose Ladetechnologie der Chalmers University kann bis zu 500 kW Leistung mit weniger als 2 % Verlust liefern.
Forscher der Chalmers-Universität in Schweden haben nach eigenen Angaben eine kabellose Ladetechnologie entwickelt, mit der Batterien mit bis zu 500 Kilowatt aufgeladen werden können, ohne sie über Kabel an ein Ladegerät anzuschließen. Sie sagen, die neue Ladeausrüstung sei fertig und bereit für die Serienproduktion. Diese Technologie wird nicht unbedingt zum Laden von Personenkraftwagen verwendet, kann aber in elektrischen Fähren, Bussen oder unbemannten Fahrzeugen im Bergbau oder in der Landwirtschaft eingesetzt werden, um ohne Roboterarm oder Anschluss an eine Stromquelle aufzuladen.
Yujing Liu, Professor für Elektrotechnik am Fachbereich Elektrotechnik der Chalmers University, konzentriert sich auf die Umwandlung erneuerbarer Energien und die Elektrifizierung von Transportsystemen. „Der Yachthafen könnte über ein eingebautes System verfügen, das die Fähre an bestimmten Haltestellen auflädt, wenn Passagiere das Schiff betreten und verlassen. Automatisch und völlig unabhängig von Wetter und Wind kann das System 30 bis 40 Mal am Tag aufgeladen werden. Elektro-Lkw benötigen eine Hochleistungsladung. Ladekabel können sehr dick und schwer werden und schwierig zu handhaben sein.“
Liu sagte, dass die rasante Entwicklung bestimmter Komponenten und Materialien in den letzten Jahren die Tür zu neuen Lademöglichkeiten geöffnet habe. „Entscheidend ist, dass wir jetzt Zugang zu leistungsstarken Siliziumkarbid-Halbleitern haben, den sogenannten SiC-Bauteilen. Im Bereich der Leistungselektronik sind sie erst seit wenigen Jahren auf dem Markt. Sie ermöglichen uns den Einsatz höherer Spannungen, höherer Temperaturen und höherer Schaltfrequenzen“, sagte er. Dies ist wichtig, da die Frequenz des Magnetfelds die Leistung begrenzt, die zwischen zwei Spulen einer bestimmten Größe übertragen werden kann.
„Bisherige kabellose Ladesysteme für Fahrzeuge verwendeten Frequenzen um 20 kHz, genau wie herkömmliche Öfen. Sie wurden sperrig und die Energieübertragung war ineffizient. Jetzt arbeiten wir mit viermal höheren Frequenzen. Dann wurde die Induktion plötzlich attraktiv“, erklärte Liu. Er fügte hinzu, dass sein Forschungsteam enge Beziehungen zu zwei der weltweit führenden Hersteller von SiC-Modulen unterhält, einem in den USA und einem in Deutschland.
„Mit ihnen wird die rasante Produktentwicklung auf höhere Ströme, Spannungen und Effekte ausgerichtet sein. Alle zwei bis drei Jahre werden neue Versionen eingeführt, die toleranter sind. Solche Komponenten sind wichtige Faktoren, es gibt ein breites Anwendungsspektrum in Elektrofahrzeugen, nicht nur das induktive Laden.“ „.
Ein weiterer neuer technologischer Durchbruch betrifft Kupferdrähte in Spulen, die jeweils ein oszillierendes Magnetfeld senden und empfangen, das eine virtuelle Brücke für den Energiefluss über einen Luftspalt bildet. Ziel ist es hier, eine möglichst hohe Frequenz zu nutzen. „Dann funktioniert es nicht mit Spulen, die von normalem Kupferdraht umgeben sind. Dies verursacht sehr große Verluste bei hohen Frequenzen“, sagte Liu.
Stattdessen bestehen die Spulen nun aus geflochtenen „Kupferseilen“ aus 10.000 Kupferfasern mit einer Dicke von nur 70 bis 100 Mikrometern – etwa so groß wie eine menschliche Haarsträhne. In jüngerer Zeit gibt es auch solche sogenannten Litzengeflechte, die für hohe Ströme und hohe Frequenzen geeignet sind. Ein drittes Beispiel für eine neue Technologie, die leistungsstarkes kabelloses Laden ermöglicht, ist ein neuartiger Kondensator, der die Blindleistung erhöht, die die Spule benötigt, um ein ausreichend starkes Magnetfeld zu erzeugen.
Liu betonte, dass das Laden von Elektrofahrzeugen mehrere Umwandlungsschritte zwischen Gleich- und Wechselstrom sowie zwischen verschiedenen Spannungsniveaus erfordert. „Wenn wir also sagen, dass wir einen Wirkungsgrad von 98 Prozent vom Gleichstrom an der Ladestation bis zur Batterie erreicht haben, spielt diese Zahl wahrscheinlich keine große Rolle, es sei denn, Sie wissen genau, was Sie messen. Aber man kann das Gleiche sagen. Unabhängig davon, ob Sie Verluste verwenden, treten entweder beim herkömmlichen konduktiven Laden oder beim induktiven Laden auf. Dank der nun erreichten Effizienz können die Verluste beim induktiven Laden fast so gering sein wie bei einem konduktiven Ladesystem. Der Unterschied ist so gering, dass er in der Praxis vernachlässigbar ist, etwa ein bis zwei Prozent.“
CleanTechnica-Leser lieben Spezifikationen, daher erfahren wir hier, was wir von Electrive wissen. Das Forschungsteam von Chalmers gibt an, dass sein kabelloses Ladesystem einen Wirkungsgrad von 98 Prozent hat und bis zu 500 kW Gleichstrom pro zwei Quadratmeter liefern kann, bei einem Luftspalt von 15 cm zwischen dem Boden und den Bordpads. Dies entspricht einem Verlust von nur 10 kW oder 2 % der theoretischen maximalen Ladeleistung.
Liu ist optimistisch, was diese neue kabellose Ladetechnologie angeht. Er glaubt beispielsweise nicht, dass es die Art und Weise, wie wir Elektroautos laden, ersetzen wird. „Ich fahre selbst ein Elektroauto und glaube nicht, dass induktives Laden in Zukunft einen Unterschied machen wird. Ich fahre nach Hause, stecke es ein … kein Problem.“ an Kabeln. „Vielleicht sollte nicht argumentiert werden, dass die Technologie selbst nachhaltiger ist. Aber es könnte die Elektrifizierung großer Fahrzeuge erleichtern, was den Ausstieg aus Dieselfähren beschleunigen könnte“, sagte er.
Das Aufladen eines Autos unterscheidet sich stark vom Aufladen einer Fähre, eines Flugzeugs, eines Zuges oder einer Bohrinsel. Die meisten Autos stehen 95 % der Zeit geparkt. Die meisten Geschäftsgeräte sind ständig in Betrieb und können es kaum erwarten, wieder aufgeladen zu werden. Liu sieht die Vorteile der neuen induktiven Ladetechnologie für diese kommerziellen Szenarien. Eigentlich muss niemand ein 500-kW-Elektroauto in der Garage laden.
Der Schwerpunkt dieser Studie liegt nicht auf dem kabellosen Laden an sich, sondern darauf, wie die Technologie weiterhin neue, günstigere und effizientere Möglichkeiten einführt, Dinge zu tun, die die Revolution der Elektrofahrzeuge beschleunigen könnten. Stellen Sie es sich wie die Blütezeit des PCs vor, als die neueste und beste Maschine veraltet war, bevor Sie überhaupt von Circuit City nach Hause kamen. (Erinnern Sie sich daran?) Heute erleben Elektrofahrzeuge einen ähnlichen Kreativitätsschub. So eine schöne Sache!
Steve schreibt über die Beziehung zwischen Technologie und Nachhaltigkeit von seinem Zuhause in Florida oder von jedem Ort aus, wo ihn die Macht hinführt. Er ist stolz darauf, „wach“ zu sein, und es ist ihm egal, warum das Glas zerbricht. Er glaubt an das, was Sokrates vor 3.000 Jahren sagte: „Das Geheimnis des Wandels besteht darin, seine ganze Energie auf die Schaffung des Neuen zu konzentrieren, nicht auf den Kampf gegen das Alte.“
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Zeitpunkt der Veröffentlichung: 16. März 2023