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Kontaktloses Laden – Auf der Zielgeraden zu einem einheitlichen Ladestandard

| Autor/ Redakteur: Peter Wambsganß * / Thomas Kuther

Das Laden eines E-Fahrzeuges ist manchmal nicht ganz einfach, da es noch immer keinen einheitlichen Ladestandard gibt – noch nicht. Kontaktlose Ladesysteme könnten das ändern.

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Praktisch: Mit WiTricity-Ladesystemen lassen sich Elektroautos kontaktlos laden.
Praktisch: Mit WiTricity-Ladesystemen lassen sich Elektroautos kontaktlos laden.
( Bild: WiTricity )

Eine einheitliche technische Lösung für das kontaktlose Laden von Elektrofahrzeugen existiert noch nicht. Damit Fahrer ihr Auto unabhängig vom Hersteller mit jeder Ladestation verbinden können, testen Standardisierungsgremien wie die SAE (Society of Automotive Engineers) verschiedene Ladesysteme und arbeiten an einem globalen Standard für das kontaktlose Laden. Mit einer einheitlichen Lösung können Elektrofahrzeuge jede Ladeplatte nutzen, um ihre Energiereserven wieder aufzufüllen. Die Technik, die dafür benötigt wird, ist bereits reif. Was noch fehlt, ist die Festlegung der letzten technischen Details des Ladestandards und dessen Verabschiedung. Diesem Ziel ist die Automobilbranche nun allerdings seit Anfang des Jahres 2019 einen bedeutenden Schritt näher gekommen.

Vom 2010 bis in die Gegenwart: auf dem Weg zum Standard

Die Erarbeitung eines Standards für WPT-Systeme (Wireless Power Transfer) läuft seit 2010. Damals gründete die SAE International das J2954-Komitee. Unter der Federführung der SAE begannen weitere Standardisierungsgremien Leistungs- und Sicherheitskriterien für kontaktloses Laden von Plug-in-Fahrzeugen zu entwickeln. So die IEC (International Electrotechnical Commission) und die ISO (International Organization for Standardization). Denn Fakt ist: Nur mit einem gemeinsamen Standard können Fahrzeuge nahtlos mit dem Stromnetz kommunizieren und kontaktloses Laden wird somit zur Selbstverständlichkeit. Zu einem ersten Durchbruch auf dem Weg zu einem globalen Standard kam es im Jahr 2017.

Damals legte die SAE die wichtigsten technischen und verfahrensrechtlichen Elemente für die Norm SAE J2954 fest. Dazu testete die SAE Ladelösungen von Automobilherstellern und Zulieferern auf Interoperabilität und Normkonformität auf 3,7- und 7,7-kW-Prüfständen, die mit Zirkularspulen ausgestattetet waren. Die Rahmenbedingungen für einen Standard wurden konkretisiert und die verschiedenen Anbieter konnten daraufhin ihre Systeme an die definierten Richtlinien anpassen.

Das Jahr 2019 ist ein Schlüsseljahr auf dem Weg zu einem globalen Ladestandard. Ein entscheidender Schritt hin zu einer Lösung, die herstellerübergreifend einsetzbar ist, erfolgte im Februar. Das amerikanische Technologieunternehmen WiTricity kaufte das Ladesystem Halo des Halbleiterstellers Qualcomm. So kann WiTricity das Knowhow von Qualcomm, das in dem Halo-System steckt, in das eigene Ladesystem Drive 11 integrieren. Folglich ist ein einheitliches Ladesystem, das die Interoperabilität mit sämtlichen Fahrzeugmodellen sicherstellt, in greifbare Nähe gerückt.

Standard für kontaktloses Laden überwindet Differenzen

Beim Laden von Elektrofahrzeugen muss das Ladesystem die vom Netz gelieferte AC-Leistung in geeignete DC-Ladespannungen umwandeln. Ladesysteme mit Kabel etwa haben den Nachteil, dass es regionale Unterschiede gibt. Daher müssen Automobilhersteller ihre Systeme für jede Region anpassen. Die Folge: hohe Lagerhaltungs-, Produktvalidierungs- und Ersatzteillagerkosten. Kontaktlose Ladesysteme sind unabhängig und können leichter einen weltweiten Standard für das Laden von E-Fahrzeugen ermöglichen. Denn es besteht keine direkte Verbindung mit der Netzstromversorgung.

Die Fahrzeugflotte eines Autoherstellers kann mit einem Ladesystem ausgestattet werden, das überall auf der Welt funktioniert. Schon jetzt helfen die Standardisierungsaktivitäten der SAE, der IEC und der ISO den Automobilherstellern, eine globale Strategie für Elektrofahrzeugplattformen zu entwickeln, die Leistung und Konformität ihrer Produkte und Neuentwicklungen zu kontrollieren und so Fahrzeugkosten zu reduzieren.

Im Jahr 2016 veröffentlichte die SAE den J2954 Technical Information Report (TIR), gefolgt von der J2954 Recommended Practice (RP). Sie beschreibt die Anforderungen an die Ladesysteme WPT1, WPT2 und WPT3 mit 3,7, 7,7 und 11 kW. Diese sind für Fahrzeuge mit einer Bodenfreiheit von bis zu 25 cm ausgelegt. Außerdem stellt die RP vorgeschriebene Betriebsfrequenz, die Wirkungsgradziele sowie EMV-Grenzwerte und Sicherheitsanforderungen dar. Mit der RP stellt die SAE auch einen Prüfstand – zunächst bis WPT2 – zur Verfügung.

Kontaktloses Laden: könnte für einen einheitlichen Ladestandard sorgen.
Kontaktloses Laden: könnte für einen einheitlichen Ladestandard sorgen.
( Bild: WiTricity )

Der Prüfstand basiert auf der zirkularen Topologie. Eine Technologie, an der WiTricity seit mehreren Jahren feilt und arbeitet. Dafür, dass Fahrzeuge beim Einparken mit der Kontaktstelle am Unterboden innerhalb eines bestimmten Toleranzbereichs über dem Ladepad zum Stehen kommen, sorgt die Methode der magnetischen Triangulation. Sie unterstützt den Fahrer beim autonomen Parken. Konkret bedeutet das: Die Kontaktstelle am Unterboden des Fahrzeugs wird automatisch über der Ladeplatte positioniert. Die magnetische Triangulation trägt somit einen großen Teil dazu bei, dass Fahrzeuge ohne menschliche Interaktion geladen werden können.

Ladeinfrastruktur und bidirektionaler Ladetransfer

Damit Fahrer ihr Auto auch außerhalb der heimischen Garage mit Strom versorgen können, muss die Ladeinfrastruktur im öffentlichen Raum dafür ausgelegt sein. Nur so ist sichergestellt, dass Ladepads auch auf Büroparkplätzen, vor Einkaufszentren und unter den Straßenbelag integriert werden können. Die größte Hürde stellt dabei nicht die technologische Entwicklung dar, sondern das Kundeninteresse für Elektrofahrzeuge so positiv zu beeinflussen, dass sich die Investitionen in die Infrastruktur langfristig rechnen.

Komfortabel für den Fahrer: Er fährt sein Auto einfach über die Ladeplatte am Boden – und schon startet der Ladevorgang automatisch.
Komfortabel für den Fahrer: Er fährt sein Auto einfach über die Ladeplatte am Boden – und schon startet der Ladevorgang automatisch.
( Bild: WiTricity )

Der Energietransfer ist allerdings nicht in eine Richtung beschränkt. Das bedeutet, dass Fahrzeuge nicht nur Energie aus dem Stromnetz beziehen können, sondern in umgekehrter Richtung auch wieder abgeben können. Mit Hilfe des Vehicle-2-Grid-Systems (V2G) können Elektrofahrzeuge mit dem öffentlichen Stromnetz kommunizieren und dessen Energie sowohl speichern als auch abgeben. Die Autos dienen dann neben dem Stromnetz als Energiespeicher und könnten die Energie schnellstmöglich dorthin liefern, wo sie gerade gebraucht wird. V2G bildet im Zusammenspiel mit Elektrofahrzeugen und kontaktlosem Laden ein in sich geschlossenes System. Mittels V2G lässt sich der allgemeine Stromverbrauch zu Spitzenzeiten hervorragend ausgleichen und Fahrer können Ladezeiten im Vorfeld planen, um die niedrigsten Strompreise auszunutzen.

* Peter Wambsganß ist Director of Business Development AIMM, Europe, bei WiTricity.

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