31.01.2023

Hocheffiziente Teststrecke für induktives Laden

Pilotversuch zeigte hohe Wirkungsgrade von mehr als neunzig Prozent.

Zwanzig Meter lang ist die Teststrecke auf dem Campus der Universität Stuttgart. E-Fahrzeuge können dort während der Fahrt induktiv aufgeladen werden – mit einer enormen Effizienz, die so bisher noch nicht erreicht wurde. Entwickelt hat die Teststrecke ein Forschungsteam des Instituts für Elektrische Energie­wandlung (IEW) unter der Leitung von Nejila Parspour im Rahmen des MobiLab-Teilprojekts „Forschungs­straße: Dynamisches Laden und sichere Energie­versorgung“.

Abb.: Die Arbeitsgruppe um Nejila Parspour (l.) optimiert effizientes,...
Abb.: Die Arbeitsgruppe um Nejila Parspour (l.) optimiert effizientes, induktives Laden während der Fahrt. (Bild: U. Stuttgart)

„Dank dynamischen Ladens können wir die Reichweite der Fahrzeuge vergrößern, die Batterie­kapazität verringern und die notwendige Ladezeit drastisch reduzieren“, erklärt Parspour. Das Besondere an der Teststrecke der Universität Stuttgart: Es sind Wirkungs­grade von mehr als neunzig Prozent realisierbar. Damit ist die Effizienz konkurrenz­fähig zum konduktiven Laden mit einem Kabel. „Mit diesem hohen Wirkungsgrad haben wir einen Meilenstein beim induktiven dynamischen Laden erreicht. Wir kennen kein System, das ähnlich effizient ist“, sagt Parspour, die das Projekt gemeinsam mit Krzysztof Rudion vom Institut für Energie­übertragung und Hochspannungs­technik (IEH) betreut.

Die Teststrecke auf dem Campus Vaihingen besteht aus vierzig einzelnen Spulen­elementen mit einer Grundfläche von 50 auf 48 Zentimeter. Der Abstand zwischen dem Fahrzeug und den Spulen beträgt zwanzig Zentimeter. Die Strecke erkennt die Position des Fahrzeugs über dem Spulensystem automatisch und versorgt nur die relevanten Primärspulen im Boden. Durch die magnetische Kopplung zur sekundär­seitigen Spule im Fahrzeug wird Energie übertragen. Die übertragene Leistung ist proportional zur sekundär­seitigen Spulenfläche. Bei gleicher Grundfläche von 0,24 Quadratmetern wird unabhängig von der Fahrzeug­geschwindigkeit konti­nuierlich eine Leistung von zehn Kilowatt übertragen. Zum Vergleich: Eine herkömmliche Steckdose liefert 2,3 kW Dauerleistung zum Laden eines E-Autos. Insgesamt bietet die Teststrecke eine konstante und unterbrechungs­freie Leistungs­übertragung während der Fahrt.

Insbesondere für autonome Fahrzeuge wie etwa Shuttle-Fahrzeuge bieten induktive Ladestrecken erhebliche Vorteile. So könnten die Fahrzeuge rund um die Uhr und ohne Standzeiten während des Lade­vorgangs im Einsatz sein. In einem nächsten Schritt wollen Parspour und ihr Team die Technologie deshalb beim autonom fahrenden Campus­Shuttle der Universität Stuttgart erproben, das derzeit eingelernt wird. Dazu soll die Teststrecke zu einer Forschungs­straße auf dem Campus Vaihingen ausgeweitet werden. 

Im Rahmen des Projekts zum induktiven dynamischen Laden wollen Parspour und ihr Team das bidirek­tionale Laden weiter erforschen. Damit könnten die Fahrzeuge beispielsweise als Energiepuffer genutzt werden. Zudem möchten die Wissen­schaftlerinnen und Wissen­schaftler die Leistungsdichte, also die Energie­übertragungs-Leistung pro Fahrstrecke, weiter erhöhen.

U. Stuttgart / JOL

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