Elektromobilität Der Plan von der Abschaffung des Kabels

Von Werner Ludwig 

Zum drahtlosen Laden braucht man zwei Spulen: eine am Boden und eine an der Unterseite des Elektroautos. Foto: Bosch
Zum drahtlosen Laden braucht man zwei Spulen: eine am Boden und eine an der Unterseite des Elektroautos. Foto: Bosch

Kabellose Ladesysteme sollen den Betrieb von Elektroautos komfortabler machen. Sogar das Laden während der Fahrt wäre damit möglich. Letzteres dürfte aber vorerst an den hohen Kosten scheitern.

Stuttgart - Sobald die Ampel grün wird, geht der Wagen ab wie Schmidts Katze. Zu hören ist dabei nur ein leises Summen. Fast jeder, der schon mal am Steuer eines Elektroautos gesessen hat, ist anschließend begeistert von der scheinbar mühelosen, aber dennoch vehementen Beschleunigung. Wenn es um die Reichweite geht, hört der Spaß aber schnell auf. Die Luxus-Elektrovehikel von Tesla kommen zwar bis zu 400 Kilometer weit, doch bei den bislang erhältlichen Stromern der Kompaktklasse wie dem E-Golf von VW ist selbst unter optimalen Bedingungen nach 150 bis 200 Kilometern der Akku leer. So weit darf es natürlich nicht kommen. Deshalb heißt es schon etliche Kilometer vorher: Ladestation suchen, Stecker rein, warten. Das kann auf die Dauer ganz schön nerven.

Autohersteller und Zulieferer arbeiten deshalb nicht nur an besseren Batterien, sondern auch an kabellosen Ladesystemen, die Nutzern von Elektroautos mehr Komfort bieten sollen. Das berührungslose Laden beruht auf dem bereits 1831 von dem englischen Physiker Michael Faraday entdeckten Prinzip der elektromagnetischen Induktion, nach dem auch ein Transformator funktioniert. Dabei wird Strom durch eine Spule geschickt, wodurch sich ein Magnetfeld bildet. Dieses Magnetfeld bewirkt in einer zweiten, daneben befindlichen Spule die Entstehung einer elektrischen Spannung. So wird es möglich, elektrische Energie berührungslos zu übertragen – und bei Bedarf auch die Spannung zu verändern.

„Wir zerlegen den Transformator einfach in zwei Teile“, sagt Philipp Schumann. Die erste Spule befindet sich in der Ladeeinheit unter dem Parkplatz des Elektroautos, die zweite an der Fahrzeugunterseite. „Der Ladevorgang kann beginnen, sobald sich der Wagen über der Spule befindet“, erläutert der Physiker, der sich auf dem Forschungscampus von Bosch in Renningen (Kreis Böblingen) mit induktiven Ladesystemen beschäftigt. Genutzt wird diese Technologie bereits bei elektrischen Zahnbürsten oder auch bei Elektrowerkzeugen. Im Rahmen des Projekts „Bilawe“, an dem neben Bosch weitere Partner beteiligt sind, untersucht Schumann, wie sich mit kabellosen Ladestationen eine intelligente Ladeinfrastruktur für E-Autos aufbauen lässt.

E-Busse werden bereits kabellos geladen

Im öffentlichen Verkehr wird das kabellose Laden bereits punktuell eingesetzt. So fahren in den italienischen Städten Turin und Genua seit mehr als zehn Jahren Elektrobusse, die während des Betriebs immer wieder kabellos nachgeladen werden – zum Beispiel an Haltestellen, an denen sie länger stehen. Das spart Gewicht, weil die Batterien dadurch kleiner ausfallen können. In Braunschweig fahren seit 2014 ebenfalls E-Busse, die kabellos geladen werden können. Auch der Autobauer Daimler arbeitet gemeinsam mit dem bayerischen Konkurrenten BMW an induktiven Ladesystemen. Im kommenden Jahr soll die Technik in der Hybridversion der S-Klasse verfügbar sein.

Kabellose Ladestation eignen sich sowohl für reine Elektroautos als auch für Plug-in-Hybride mit Elektro-und Verbrennungsmotor. Letztere lassen sich an der Steckdose aufladen und fahren je nach Modell um die 50 Kilometer weit rein elektrisch. Doch etliche Besitzer solcher Autos seien nach der anfänglichen Begeisterung schnell genervt vom Umgang mit dem Ladekabel, sagt Schumann. Die Konsequenz: Sie nutzen fast ausschließlich den Verbrennungsmotor.

Das führt dazu, dass die Emissionen der Plug-in-Hybriden noch stärker von den optimistischen Werksangaben abweichen, als es ohnehin schon der Fall ist. Eine komfortable drahtlose Lademöglichkeit könnte die Ladedisziplin der Hybridautofahrer verbessern, meint Schumann. Er denkt dabei gleich einen Schritt weiter: „Stellen Sie sich vor, Sie verlassen vor dem Parkhaus Ihr Fahrzeug, damit es sich autonom gesteuert einen Parkplatz sucht – und dann müssen Sie dem Auto hinterherlaufen, um das Ladekabel einzustecken. Das passt doch überhaupt nicht zusammen.“

Elektroautos sollen überschüssigen Ökostrom speichern

Geht es nach den Entwicklern, könnten drahtlose Ladestationen die Ökobilanz der gesamten Stromversorgung verbessern. Denn Wind- und Solarkraftwerke produzieren oft mehr Strom, als aktuell gebraucht wird. Dann müssen die Anlagen vom Netz genommen werden, um Schäden zu vermeiden – eine gewaltige Verschwendung, für die letztlich die Stromkunden zahlen. An anderen Tagen herrscht Flaute, oder die Sonne zeigt sich kaum. Dann müssen wenig klimafreundliche fossile Reservekraftwerke anlaufen, um die Lücke zu schließen.

Die Idee, Elektroautos als Puffer zum Ausgleich dieser Schwankungen einzusetzen, ist nicht neu. Entsprechende Konzepte liegen in vielen Schubladen. Das Prinzip: Überschüssiger Ökostrom wird in den Batterien der E-Autos zwischengelagert und in Zeiten hohen Bedarfs oder schwacher Ökostromproduktion wieder ins Netz eingespeist. Die technische Voraussetzung dafür sind Ladestationen, die in beide Richtungen funktionieren – Fachleute sprechen vom ­bidirektionalen Laden.

In der Praxis spielt die Stabilisierung der Stromnetze durch Elektroautos bis jetzt allerdings noch keine Rolle. Experte Schumann erklärt warum: „Um diese Möglichkeit zu nutzen, müssen die Elektrofahrzeuge möglichst oft und möglichst lange mit dem Netz verbunden sein.“ Dieses Ziel lasse sich mit induktiven bidirektionalen Ladestationen einfacher erreichen als beim kabelgebundenen Laden, meint der Projektleiter. So könnte bereits ein relativ kurzer Aufenthalt über einer Ladespule genutzt werden, um die Batterie nachzuladen oder Strom ins Netz einzuspeisen. Bislang stehen noch viele Elektroautos ohne Verbindung zum Netz auf Parkplätzen.

Manche träumen schon vom kabellosen Laden während der Fahrt

Das kabellose Laden an festen Stationen – etwa auf Firmenparkplätzen oder in Parkhäusern – soll nach den Vorstellungen mancher Ingenieure aber nur der erste Schritt sein. Der zweite wäre das Laden oder Einspeisen während der Fahrt. Wie das funktionieren könnte, hat das Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und angewandte Materialforschung in Bremen untersucht. Auf einer Teststrecke wurden Spulen in die Fahrbahn eingelassen, die sich immer nur für Sekundenbruchteile einschalten, wenn das E-Auto gerade darüberfährt. Der Versuchsparcours war allerdings gerade mal 25 Meter lang. Für den flächendeckenden Einsatz mobiler induktiver Ladesysteme müssten Tausende Kilometer von Straßen mit Ladespulen ausgerüstet werden – eine gigantische Investition.

Schumann kann sich das Laden während der Fahrt auf der Autobahn nicht vorstellen. Er sieht das typische Einsatzgebiet zunächst in der heimischen Garage und später auch auf öffentlichen Ladeplätzen oder auf Taxi- oder Busspuren. Für E-Autobesitzer könnte es sich sogar lohnen, zur Netzstabilisierung beizutragen. „Voraussetzung dafür wäre aber, dass die Netzbetreiber diese Dienstleistung vergüten“, sagt Schumann. Dadurch könnte sich der Mehrpreis für ein Elektroauto etwas relativieren.

Doch was ist, wenn der E-Autofahrer spontan eine weitere Strecke fahren will – und seine Batterie fast leer ist, weil sein Vehikel kräftig ins Netz eingespeist hat? Dieses Problem ließe sich lösen, indem der Autofahrer für den Akku einen „Mindestfüllstand“ von 60 oder 70 Prozent der Gesamtkapazität definiere, sagt Schumann. Auch solche Fragen, bei denen Software eine entscheidende Rolle spielt, werden im Rahmen des Projekts „Bilawe“ behandelt.

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