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Wenn Sie das Kabel für Ihr Smartphone mit einem Ladepad für den Nachttisch und einem im Auto durchtrennt haben – und, wenn Sie Glück haben – drahtloses CarPlay oder Android Auto –, bekommen Sie wahrscheinlich die Vorstellung davon, was für ein bahnbrechendes drahtloses Gerät Induktives Laden könnte für Elektroautos sein.
Anstatt zu versuchen, ein Kleinkind oder eine Tüte Lebensmittel zu jonglieren, während Sie morgens und abends ein klobiges Kabel und einen Ladestecker tragen, könnte es einfach eine Frage des Parkens sein, mit dem Leben weitermachen und zu einem aufgeladenen Fahrzeug zurückkehren.
Und wenn Sie es einmal erlebt haben, gibt es wahrscheinlich kein Zurück mehr. Wann haben Sie das letzte Mal daran gedacht, ein Ethernet-Kabel – oder eine Telefonleitung – an Ihren Laptop anzuschließen?
Wie funktioniert das kabellose Laden von Elektrofahrzeugen?
Drahtloses Laden nutzt das Prinzip der elektromagnetischen Induktion, um elektrische Energie als Magnetfeld durch die Luft zu übertragen. Man hört es vielleicht auch induktives Laden – oder, redundant, kabelloses induktives Laden.
Volvo testet induktives Laden mit C30 Electric
Kurz gesagt, Elektrizität induziert einen Strom auf einer Spule aus Kupferdraht und gibt ihn mit einer bestimmten Frequenz ab – einer Frequenz, die für die wahrscheinlichsten Anwendungen nicht weit von FM-Radiofrequenzen entfernt ist. Dadurch entsteht ein oszillierendes Magnetfeld, das dann von einer weiteren Kupferspule eingefangen wird.
Mit der Feinabstimmung des Signals in Abhängigkeit vom Abstand und der Hilfe von Kondensatoren – und einigen Kernphysik-Ideen wie der Idee der Resonanzfrequenzen – kann das kabellose Laden für Elektrofahrzeuge praktikabel werden, ohne dabei zu viel Energie zu verlieren.
Nah
Technisch gesehen erfordert das System zwei Hardwaresätze: ein Senderpad für die Einfahrt oder den Garagenboden, das an einen dedizierten Stromkreis angeschlossen ist, genau wie ein Wandladegerät, und ein Empfängerpad, das an der Unterseite des Fahrzeugs installiert wird.
2018 BMW 530e iPerformance Kabelloses Laden
2018 BMW 530e iPerformance Kabelloses Laden
2018 BMW 530e iPerformance Kabelloses Laden
Systeme von WiTricity, das sich zum Technologieführer entwickelt hat, und andere halten sich an den J2954-Standard, der entwickelt wurde, um zuverlässig nutzbares drahtloses Laden in einer Entfernung zwischen 10 und 25 cm (3,9 und 9,8 Zoll) zu ermöglichen, was der Bodenfreiheit Rechnung trägt von nahezu jedem Serienfahrzeug, vom Sportwagen bis zum Offroad-SUV. Und bei 11 kW Leistung gibt es dem typischen Elektrofahrzeug etwa 35 Meilen Reichweite pro geparkter Stunde zurück.
Mit einer standardmäßig integrierten Ausrichtungsmethode hilft ein Niedrigenergie-Beacon-Signal vom Pad, dem Fahrer entweder anzuzeigen, wo das Fahrzeug geparkt werden sollte, oder es automatisiert das Ganze. Ein Wi-Fi-Handshake vervollständigt das, was im Wesentlichen eine berührungslose Version von Plug and Charge sein wird – im Wesentlichen Park and Charge. Voilà.
Da etwa 85 % der Ladevorgänge zu Hause erfolgen, ist dies als tägliche Lademethode konzipiert, nicht als Technologie für besondere Anlässe für Straßenfahrten. „Letztendlich wird sich das Auto anfühlen, als hätten sie ein Auto mit unendlicher Reichweite“, sagte Alex Gruzen, CEO von WiTricity. „Sie fahren es, sie parken es, sie müssen nie etwas tun.“
Wie effizient ist das kabellose Autoladen?
Die Effizienz des drahtlosen Qi-Ladens in Ihrem Smartphone beträgt bestenfalls 80 %, höchstwahrscheinlich jedoch weniger als 70 %, weshalb Ihr Telefon so warm wird, wenn Sie es von einem solchen Ladegerät abnehmen. Dieses System wurde entwickelt, um dünn und billig zu sein, aber mit einem so höheren Energieniveau kann ein Autoladesystem auf diese Weise nicht verschwenderisch sein und wurde speziell auf Effizienz ausgelegt.
Nissan Wireless-Ladesystem
Seit einige wenige Autohersteller die Technologie zuletzt für Werksinstallationen untersucht haben – wie Nissan für den Leaf vor mehr als einem Jahrzehnt (oben), hat sich die Effizienz verbessert. Von Spule zu Spule empfängt die Technologie von WiTricity 99 % der Energie, die über den Luftspalt transportiert wird. Die meisten anderen Stufen sind gleich – und es wird kein verlustbehafteter Trenntransformator benötigt, was Energie spart. Von der Schaltbox bis zum Fahrzeug beträgt die Effizienz eines drahtlosen Systems typischerweise 90 % bis 92 %, genau dort, wo die meisten Plug-in-Ladegeräte sind.
Warum ist es besser?
Aus Marktsicht könnte die drahtlose Ladetechnologie Elektrofahrzeuge im Alltag viel lebenswerter machen – insbesondere für diejenigen, die tägliche Ladekabel und Anschlüsse als lästig ansehen.
Während diese Kabel und Anschlüsse alle paar Jahre ausgetauscht werden müssen, weist die kabellose Ladehardware diese Verschleißpunkte nicht auf. Auch Schnee und Eis kommen nicht in die Quere.
Kabelloses induktives Ladesystem von Mercedes-Benz
Wenn wir ein höheres Maß an EV-Akzeptanz erreichen und das drahtlose Laden aus Bequemlichkeit häufiger verwendet wird, wird dies möglicherweise den Bedarf an Gleichstrom-Schnellladen verringern, das das Stromnetz stärker belastet.
Was sind die Nachteile?
Die Kosten sind der große. Der Optionspreis für kabelloses Laden dürfte in die Tausende gehen. Angesichts der Notwendigkeit von zwei großen Hardwarekomponentensätzen wird es immer mehr kosten als ein Wand- oder Postladegerät.
Da das Ladepad viel schwieriger zu versetzen ist als ein Ladeanschluss, könnte die Inflexibilität des kabellosen Ladens ein Problem für einige Haushalte sein, die daran gewöhnt sind, die Parkpläne bis in die Nacht zu ändern.
Die Interoperabilität zwischen gemischten und abgestimmten drahtlosen Ladekomponenten sollte nicht das Problem sein; Das war der Sinn des Wartens, bis sich die Industrie auf einen Standard geeinigt hat, und er ist da.
Welche Elektrofahrzeuge bieten kabelloses Laden?
Derzeit keine in den USA, aber das soll sich bald ändern.
2023 Genesis GV60
Weltweit hat der Rollout begonnen, und es ist alles sehr neu. Der Genesis GV60 bietet die weltweit erste werkseitige Integration des kabellosen Ladens und ist im Rahmen eines Pilotprogramms in südkoreanischen Versionen für den heimischen Markt enthalten. Hyundai hat die Technologie in die Entwicklung seiner E-GMP-Plattform für dedizierte Elektrofahrzeuge einbezogen, also erwarten Sie, dass die Technologie bald in weiteren Modellen und Märkten zu sehen sein wird.
In China wurde die Technologie neu in Elektrofahrzeuge der Marke Hongqi von FAW sowie von IM Motors, einem Joint Venture des chinesischen Unternehmens SAIC Motor und des E-Commerce-Riesen Alibaba, übernommen. Es ist auch im von Alibaba unterstützten Zhiji L7 enthalten.
Seit Jahren gibt es kabellose Ladelösungen für den Aftermarket – vor allem von Plugless Power, das ein System für das Tesla Model S angeboten hat. Ein Tesla Model 3-System von WiTricity ist ebenfalls in Arbeit.
BMW 5er Plug-in-Hybrid Wireless Charging System
BMW hat das kabellose Laden in den USA in seinem Plug-in-Hybrid der 5er-Serie getestet, aber der Test wurde nicht über ein kleines Pilotprogramm hinaus erweitert.
Andere Labore und Start-ups arbeiten derzeit an drahtlosem Hochleistungsladen mit Raten, die mit dem Gleichstrom-Schnellladen vergleichbar sind, aber es könnte ein Jahrzehnt dauern, bis dies eine praktikable Option wird.
Warum hat sich das kabellose Laden noch nicht durchgesetzt?
Einfach gesagt, die Technologie ist noch nicht ausgereift. Aber es ist schon lange in Arbeit.
Drahtloses Laden wurde ursprünglich vor mehr als hundert Jahren von Nikola Tesla vorgeschlagen und demonstriert, aber es befindet sich seit Jahrzehnten in einer experimentellen Anwendungsphase. Eine Reihe von Fortschritten in den letzten 15 Jahren haben den Fortschritt der Technologie bis zu einem Punkt beschleunigt, an dem sie zuverlässig, effizient und einfach zu verpacken ist.
Obwohl das kabellose Qi-Laden für Smartphones möglicherweise das erste Mal ist, dass diese Technologie zum Mainstream wurde, wurde sie zuerst getestet und in Fahrzeugen eingesetzt – vor Jahrzehnten. Aber eine Reihe von Konsolidierungen in den letzten Jahren hat dazu beigetragen, dass es wirtschaftlich rentabler wird. Halo und WiTricity starteten beide im Jahr 2010 und brachten die Bemühungen zum drahtlosen Laden von Fahrzeugen aus den Universitätslabors in junge Unternehmen. Qualcomm kaufte HaloIPT im Jahr 2011, dann erwarb und fusionierte 2019 das in den USA ansässige Unternehmen WiTricity, das an einer eigenen, etwas anderen Lösung gearbeitet hatte, mit Qualcomm Halo.
Kabelloses Laden im Parkhaus – WiTricity
Danach „machte sich WiTricity sofort an die Arbeit, um die Architektur zu konsolidieren … das Beste aus beiden Seiten herauszuholen, um der SAE eine gemeinsame Architektur präsentieren zu können, von der wir dachten, dass sie die Antwort sei“, erinnert sich Gruzen.
Das war entscheidend, um den im Oktober 2020 ratifizierten SAE J2954-Standard zu erreichen – im Wesentlichen ein Signal dafür, dass die Technologie auf den Markt gebracht werden kann.
Die Zukunft
Der globale Auto- und Fahrzeugzulieferer Siemens hat im Juni 2022 25 Millionen US-Dollar in WiTricity investiert, und diese Partnerschaft wird zu Lösungen für das Zuhause, den Parkplatz, den Arbeitsplatz oder den Fuhrpark führen.
Siemens geht davon aus, dass der Markt für kabelloses Laden bis 2028 allein in Europa und Nordamerika 2 Milliarden US-Dollar erreichen wird.
ORNL-Demonstration des drahtlosen Ladens mit einem UPS-Hybrid-Lkw
Obwohl Heimlösungen – und der aktuelle SAE-Standard – bis zu 11 kW reichen, werden wir Versionen dieses Systems mit höherer Leistung für Flotten sehen. Das könnte größtenteils von einer anderen Gruppe von Unternehmen stammen, darunter unter anderem HEVO und Momentum Wireless. Unabhängig davon gibt es eine andere Gruppe von Unternehmen, die an drahtlosem dynamischem Laden arbeiten – vorerst ein relativer Wunschtraum, der Fahrzeuge nach einigen der gleichen Prinzipien auflädt, wie das Fahrzeug gefahren wird.
Auch der Aftermarket könnte wachsen. Plugless Power, das zuvor Aftermarket-Systeme für das Tesla Model S, Nissan Leaf und andere verkauft hat, wird dieses Jahr auch Systeme der neuen Generation zu einem Zielpreis von etwa 3.500 US-Dollar vorstellen, mit einem System, das die Ausrichtung der Pads erreicht über eine Apple CarPlay-Schnittstelle.
Evatran Plugless kabelloses Ladegerät für Tesla Model S
WiTricity weist auf die vom Unternehmen selbst in Auftrag gegebenen Umfragen hin, die ein wachsendes Interesse an einer Technologie zeigen, die sie wahrscheinlich noch nie persönlich in Autos erlebt haben. Es stellte sich heraus, dass allein aufgrund des Konzepts „EV-Überlegungen“, die sich noch nicht auf die Idee des Kaufs eines Elektroautos festgelegt hatten, ihre Kaufabsicht mit der Verfügbarkeit von drahtlosem Laden von 35 % auf 59 % steigerten. Eine neuere Umfrage für das Unternehmen ergab, dass viele Nicht-EV-Besitzer es als Option in einem zukünftigen EV wünschen.
„Seit zehn Jahren ist es ein Gespräch mit einer Gruppe von Ingenieuren in einem Raum“, sagte Gruzen. „Jetzt haben wir ein echtes Produkt auf dem Markt.“
Und wenn der Preis sinkt und alle Early Adopters EVs gekauft haben, könnte dies dazu beitragen, viel mehr Amerikaner für den Besitz von Elektrofahrzeugen zu gewinnen.