Spulen in der Straße könnten Elektrofahrzeuge während der Fahrt aufladen

Eines der Hauptprobleme bei Elektrofahrzeugen besteht darin, dass man anhalten und anhalten muss, um eine Ladung zu erhalten. Wenn kein Hochgeschwindigkeits-Gleichstromladegerät verfügbar ist, kann es sein, dass Sie stundenlang warten müssen, während Ihr Akku aufgeladen wird.

Es ist das größte Schreckgespenst von Elektrofahrzeugen, seit sie in großer Zahl auf die Straße kommen. Ein neues kabelloses Ladesystem könnte es Ihnen jedoch ermöglichen, unterwegs Energie zu tanken.

Im Laufe der Jahre wurden viele Vorschläge gemacht, Elektrofahrzeuge während der Fahrt mit Strom zu versorgen oder aufzuladen. Viele davon ähneln der Art und Weise, wie wir heutzutage Telefone üblicherweise aufladen, indem wir die induktive Energieübertragung über Magnetspulen nutzen. Die Theorie ist einfach. Der Strom wird an Spulen in der Fahrbahn abgegeben und dann per Induktion von einer Spule am fahrenden Fahrzeug aufgenommen.

Allerdings ist es schwierig, diese Ideen vom Konzept in die Realität umzusetzen. Beim Laden eines Elektrofahrzeugs sind enorme Leistungen im Bereich von mehreren zehn bis hundert Kilowatt erforderlich. Und während ein Telefon problemlos auf einer Ladestation platziert werden kann, benötigen Elektrofahrzeuge in der Regel eine gewisse Bodenfreiheit, um sich sicher auf der Straße zurechtzufinden. Da sich Autos außerdem recht schnell fortbewegen, würde ein induktives Ladesystem, das diesen dynamischen Zustand bewältigen könnte, eine große Anzahl von Spulen erfordern, die wiederholt im Straßenbett vergraben sind.

Trotz dieser Herausforderungen hat sich die Idee in der Praxis nur begrenzt bewährt. Das Online Electric Vehicle (OLEV) wurde vom Korea Advanced Institute of Technology (KAIST) entwickelt und diente 2009 als Antrieb für einen Shuttlebus. Bis 2016 wurde das System langsam auf vier Linien ausgeweitet, wobei die Busse dank induktiver Energie drahtlos aufgeladen wurden Sender, die entlang der Busroute in der Straße vergraben waren.

Die zweite Generation des in den Bussen eingesetzten Systems überträgt 100 kW Leistung kabellos über einen Luftspalt von 17 cm bei einem Wirkungsgrad von 85 %. Dies wird durch die Verwendung mehrerer Stromabnehmerspulen erreicht, die an einem einzigen Fahrzeug montiert sind. Es wurde viel Forschung betrieben, um die optimalen Spulengeometrien und elektrischen Parameter zu finden, damit das System auf diesem Niveau laufen kann. Da der Strom von der Fahrbahn geliefert wird, können die Busse auf kleinere Batterien zurückgreifen, um sich fortzubewegen, was Gewicht spart und die Effizienz steigert. Das System ist in 5–15 % der Fahrbahn der Buslinien eingebaut und ein Fahrzeugerkennungssystem schaltet die Induktionsspulen ab, wenn sie nicht verwendet werden. Während einige der Strecken inzwischen geschlossen sind, verkehrt bei KAIST immer noch ein Shuttleservice, der diese Technologie nutzt.

Auch andere Unternehmen sind in diesem Bereich tätig. Das Startup Magment ist nach einem Wortschatz aus „magnetischem Zement“ benannt und arbeitet mit dem Indiana Department of Transport an einer speziellen induktiven Straßendemonstration. Details sind rar, aber das Unternehmen leistet Pionierarbeit bei einer speziellen Methode zum Mischen ferromagnetischer Materialien mit Zement, um ein kostengünstigeres und effizienteres drahtloses Ladesystem für Straßen zu schaffen. Das Unternehmen beabsichtigt, das System auch für Non-Road-Anwendungen wie Gabelstapler und Elektroroller einzusetzen.

Ein weiteres Highlight ist das in Israel ansässige Unternehmen Electreon, das ein Pilotprogramm in Gotland, Schweden, betreibt. Das im Dezember 2020 erstmals eingesetzte Projekt hat einen 40-Tonnen-Lkw erfolgreich auf einem 1,65 km langen Testabschnitt der Straße eingesetzt. Auch hier werden Kupferspulen verwendet, die in der Straßenoberfläche vergraben sind, und es ist in der Lage, ein fahrendes Fahrzeug mit einer Geschwindigkeit von bis zu 80 km/h mit einer Leistung von etwa 70 kW zu versorgen. Das Unternehmen arbeitet auch an anderen Pilotprogrammen auf der ganzen Welt, einschließlich einer Anlage mit der Ford Motor Company, die in der Nähe des Michigan Central Terminals in Detroit errichtet werden soll.

Das Problem für solche Systeme bleiben die Kosten. Zunächst einmal ist es von vornherein sehr kostenintensiv, Stromübertragungsleitungen und schicke Spulen in der Straßenoberfläche zu vergraben. Für neue Straßen ist es teuer genug, und noch schlimmer, wenn Sie eine bestehende Straße ausgraben müssen, um anschließend die Hardware einzubauen. Schätzungen für ein schwedisches Projekt ergaben, dass ein drahtloses System wie das von Electreon bei einem Neubau etwa 2 Millionen US-Dollar pro Kilometer kosten würde. Die Kosten für die Installation sind etwa doppelt so hoch wie bei herkömmlichen Methoden der Stromübertragung, wie einfachen Schienen oder Oberleitungen, wobei gleichzeitig viel weniger Strom geliefert wird. Letztere beweisen ihre Qualität bereits in LKW-Tests an mehreren Standorten auf der ganzen Welt.

Auch die Wartung ist ein großes Thema. Etwas in einer Straße zu vergraben bedeutet, dass es eine riesige Aufgabe ist, es zu reparieren, wenn etwas schiefgeht. Zumindest muss die Straße gesperrt werden, im schlimmsten Fall muss sie aufgegraben werden. Ein Upgrade auf eine leistungsstärkere Technologie erfordert ebenfalls invasive Arbeiten, bei denen die alte Hardware entfernt und die neue neu installiert wird.

Schließlich gibt es noch das Problem der Standardisierung. Fahrzeuge über Induktionsspulen auf der Straße anzutreiben ist großartig, aber Autos und Lastwagen benötigen spezielle Pickups, um diese Energie zu empfangen. Der induktive Tonabnehmer muss sorgfältig auf die Spulen auf der Straße abgestimmt werden, daher besteht kaum eine Chance, einen einheitlichen Tonabnehmer nachzurüsten, der mehrere elektrische Straßensysteme befahren kann. Um solche Systeme praktikabel zu machen, müsste das System eines Unternehmens daher auf weiten Straßenabschnitten eingeführt werden, bis zu dem Punkt, an dem es sich für private und gewerbliche Nutzer wirtschaftlich lohnt, darüber nachzudenken, ihre Fahrzeuge mit Pickup-Hardware auszustatten.

Es scheint unwahrscheinlich, dass wir in absehbarer Zeit unsere Straßen für den Einbau von Ladespulen umgraben werden. Schließlich haben wir unsere Städte und Gemeinden kaum mit regulären Ladegeräten für Elektrofahrzeuge ausgestattet, und es handelt sich bereits um eine ausgereifte und etablierte Technologie. Bei manchen Anwendungen, beispielsweise auf speziellen Bus- oder LKW-Strecken, könnte sich die Technologie jedoch durchsetzen. Von dort aus könnte es sich weiter ausbreiten, allerdings nur, wenn die hohen Investitionen sinnvoll sind.