Die Entwicklung von Fahrzeugen mit alternativer Antriebstechnik ist in vollem Gange, und auch die Frage der Energieversorgung ist zu einem der Themen geworden, denen die Branche ihre volle Aufmerksamkeit widmet. Während alle über die Vorzüge von Überladung und Batteriewechsel diskutieren, stellt sich die Frage: Gibt es einen „Plan C“ für das Laden von Fahrzeugen mit alternativer Antriebstechnik?
Möglicherweise beeinflusst durch das kabellose Laden von Smartphones ist auch das kabellose Laden von Autos zu einer der Technologien geworden, die Ingenieure meisterhaft beherrschen. Medienberichten zufolge wurde die kabellose Ladetechnologie für Autos vor nicht allzu langer Zeit bahnbrechend erforscht. Ein Forschungs- und Entwicklungsteam behauptete, dass das kabellose Ladegerät Strom mit einer Ausgangsleistung von 100 kW an das Auto übertragen kann, wodurch sich der Ladezustand der Batterie innerhalb von 20 Minuten um 50 % erhöhen lässt.
Natürlich ist die kabellose Ladetechnologie für Autos keine neue Technologie. Mit dem Aufkommen von Fahrzeugen mit alternativer Energie beschäftigen sich schon seit langem verschiedene Akteure mit der kabellosen Ladetechnologie, darunter BBA, Volvo und verschiedene inländische Automobilhersteller.
Insgesamt befindet sich die Technologie für kabelloses Laden im Auto noch in der Anfangsphase. Viele lokale Regierungen nutzen die Gelegenheit, um die Möglichkeiten für den Verkehr der Zukunft zu erweitern. Aufgrund von Faktoren wie Kosten, Stromverbrauch und Infrastruktur ist die Technologie für kabelloses Laden im Auto jedoch bereits in großem Maßstab kommerzialisiert. Es gibt jedoch noch viele Schwierigkeiten, die überwunden werden müssen. Die neue Geschichte des kabellosen Ladens im Auto ist noch nicht leicht zu erzählen.
Wie wir alle wissen, ist kabelloses Laden in der Mobiltelefonbranche nichts Neues. Das kabellose Laden von Autos ist zwar nicht so populär wie das Laden von Mobiltelefonen, hat aber bereits viele Unternehmen dazu bewogen, diese Technologie zu nutzen.
Insgesamt gibt es vier gängige kabellose Lademethoden: elektromagnetische Induktion, Magnetfeldresonanz, elektrische Feldkopplung und Radiowellen. Mobiltelefone und Elektrofahrzeuge nutzen dabei vor allem elektromagnetische Induktion und Magnetfeldresonanz.
Das kabellose Laden per elektromagnetischer Induktion nutzt das Prinzip der elektromagnetischen Induktion, Elektromagnetismus und Magnetismus zur Stromerzeugung. Es bietet eine hohe Ladeeffizienz, die effektive Ladedistanz ist jedoch kurz und die Anforderungen an den Ladeort sind streng. Das kabellose Laden per Magnetresonanz erfordert vergleichsweise weniger Platz und die Ladedistanz beträgt mehrere Zentimeter bis mehrere Meter. Die Ladeeffizienz ist jedoch etwas geringer.
Daher bevorzugten Automobilhersteller in der Anfangsphase der Erforschung der kabellosen Ladetechnologie die kabellose Ladetechnologie mit elektromagnetischer Induktion. Zu den repräsentativen Unternehmen zählen BMW, Daimler und andere Automobilhersteller. Seitdem wurde die kabellose Ladetechnologie mit Magnetresonanz schrittweise gefördert, vertreten durch Systemanbieter wie Qualcomm und WiTricity.
Bereits im Juli 2014 gaben BMW und Daimler (jetzt Mercedes-Benz) eine Kooperationsvereinbarung zur gemeinsamen Entwicklung einer kabellosen Ladetechnologie für Elektrofahrzeuge bekannt. 2018 begann BMW mit der Produktion eines kabellosen Ladesystems und bot es als optionales Zubehör für das Plug-in-Hybridmodell der 5er-Reihe an. Die Nennladeleistung beträgt 3,2 kW, der Wirkungsgrad erreicht 85 %, und das System kann in 3,5 Stunden vollständig aufgeladen werden.
Volvo wird 2021 mit dem rein elektrischen Taxi XC40 in Schweden kabellose Ladeexperimente starten. Dafür hat Volvo mehrere Testgelände im schwedischen Göteborg eingerichtet. Die Fahrzeuge müssen lediglich auf den in die Straße eingelassenen kabellosen Ladegeräten parken, um den Ladevorgang automatisch zu starten. Volvo gibt an, dass die kabellose Ladeleistung 40 kW erreichen und das Fahrzeug in 30 Minuten 100 Kilometer weit fahren kann.
Im Bereich des kabellosen Ladens von Autos war mein Land schon immer führend in der Branche. 2015 errichtete das China Southern Power Grid Guangxi Electric Power Research Institute die erste Teststrecke für kabelloses Laden von Elektrofahrzeugen in China. 2018 brachte SAIC Roewe das erste reine Elektromodell mit kabelloser Ladefunktion auf den Markt. FAW Hongqi brachte 2020 den Hongqi E-HS9 auf den Markt, der die kabellose Ladetechnologie unterstützt. Im März 2023 brachte SAIC Zhiji offiziell seine erste intelligente kabellose Ladelösung für Fahrzeuge mit 11 kW Hochleistungsleistung auf den Markt.
Und Tesla ist auch einer der Entdecker im Bereich des kabellosen Ladens. Im Juni 2023 investierte Tesla 76 Millionen US-Dollar in die Übernahme von Wiferion und benannte das Unternehmen in Tesla Engineering Germany GmbH um, um kabelloses Laden kostengünstig zu ermöglichen. Zuvor hatte Tesla-CEO Musk eine negative Einstellung zum kabellosen Laden und kritisierte es als „energiesparend und ineffizient“. Jetzt bezeichnet er es als vielversprechende Zukunft.
Natürlich entwickeln auch viele Autohersteller wie Toyota, Honda, Nissan und General Motors kabellose Ladetechnologien.
Obwohl viele Akteure das kabellose Laden bereits seit langem erforschen, ist die kabellose Ladetechnologie für Autos noch weit von der Realität entfernt. Der Hauptfaktor, der ihre Entwicklung einschränkt, ist die Leistung. Ein Beispiel hierfür ist der Hongqi E-HS9. Die kabellose Ladetechnologie, mit der er ausgestattet ist, hat eine maximale Ausgangsleistung von 10 kW, was nur geringfügig höher ist als die 7 kW der langsamen Ladesäule. Einige Modelle erreichen lediglich eine Systemladeleistung von 3,2 kW. Mit anderen Worten: Komfort ist bei einer solchen Ladeeffizienz nicht gewährleistet.
Natürlich könnte die Sache anders aussehen, wenn die Leistung des kabellosen Ladens verbessert wird. Wie eingangs erwähnt, hat ein Forschungs- und Entwicklungsteam beispielsweise eine Ausgangsleistung von 100 kW erreicht. Das bedeutet, dass das Fahrzeug bei einer solchen Ausgangsleistung theoretisch in etwa einer Stunde vollständig aufgeladen werden kann. Obwohl es immer noch schwer mit Super Charging zu vergleichen ist, stellt es dennoch eine neue Möglichkeit zur Energieauffüllung dar.
Aus Sicht der Nutzungsszenarien liegt der größte Vorteil der kabellosen Ladetechnologie für Autos in der Reduzierung manueller Schritte. Im Vergleich zum kabelgebundenen Laden müssen Autobesitzer eine Reihe von Vorgängen ausführen, z. B. Parken, Aussteigen, Aufnehmen der Waffe, Anschließen und Laden usw. Bei Ladestationen von Drittanbietern müssen sie verschiedene Informationen eingeben, was ein relativ umständlicher Vorgang ist.
Das kabellose Laden ist denkbar einfach. Sobald der Fahrer das Fahrzeug parkt, erkennt das Gerät dies automatisch und lädt es kabellos auf. Nach dem vollständigen Laden fährt das Fahrzeug direkt los, ohne dass der Besitzer weitere Schritte unternehmen muss. Aus Sicht der Benutzererfahrung vermittelt es den Menschen ein Gefühl von Luxus bei der Nutzung von Elektrofahrzeugen.
Warum erregt das kabellose Laden von Autos so viel Aufmerksamkeit bei Unternehmen und Zulieferern? Aus entwicklungspolitischer Sicht könnte das Zeitalter des autonomen Fahrens auch eine Zeit großer Fortschritte bei der kabellosen Ladetechnologie sein. Damit Autos wirklich autonom fahren können, benötigen sie kabelloses Laden, um die lästigen Ladekabel loszuwerden.
Daher sind viele Ladeanbieter sehr optimistisch, was die Entwicklungsaussichten der kabellosen Ladetechnologie angeht. Der deutsche Riese Siemens prognostiziert, dass der Markt für kabelloses Laden von Elektrofahrzeugen in Europa und Nordamerika bis 2028 2 Milliarden US-Dollar erreichen wird. Zu diesem Zweck investierte Siemens bereits im Juni 2022 25 Millionen US-Dollar in eine Minderheitsbeteiligung am kabellosen Ladeanbieter WiTricity, um die technologische Forschung und Entwicklung von kabellosen Ladesystemen voranzutreiben.
Siemens ist überzeugt, dass sich das kabellose Laden von Elektrofahrzeugen in Zukunft durchsetzen wird. Es macht das Laden nicht nur komfortabler, sondern ist auch eine Voraussetzung für die Realisierung des autonomen Fahrens. Wenn wir selbstfahrende Autos wirklich in großem Maßstab auf den Markt bringen wollen, ist die kabellose Ladetechnologie unverzichtbar. Dies ist ein wichtiger Schritt in die Welt des autonomen Fahrens.
Die Aussichten sind zwar großartig, doch die Realität sieht düster aus. Die Energieversorgungsmethoden für Elektrofahrzeuge werden immer vielfältiger, und die Aussicht auf kabelloses Laden wird mit Spannung erwartet. Aus heutiger Sicht befindet sich die kabellose Ladetechnologie für Autos jedoch noch in der Testphase und ist mit zahlreichen Problemen konfrontiert, wie hohen Kosten, langsamem Laden, inkonsistenten Standards und einer langsamen Kommerzialisierung.
Die Ladeeffizienz ist eines der Hindernisse. Wir haben beispielsweise das Effizienzproblem beim bereits erwähnten Hongqi E-HS9 diskutiert. Die geringe Effizienz des kabellosen Ladens wurde kritisiert. Derzeit ist die Effizienz des kabellosen Ladens von Elektrofahrzeugen aufgrund des Energieverlusts bei der drahtlosen Übertragung geringer als die des kabelgebundenen Ladens.
Aus Kostengründen muss das kabellose Laden von Autos weiter reduziert werden. Kabelloses Laden stellt hohe Anforderungen an die Infrastruktur. Ladekomponenten werden in der Regel auf dem Boden verlegt, was Bodenanpassungen und andere Probleme mit sich bringt. Die Baukosten werden zwangsläufig höher sein als die Kosten herkömmlicher Ladesäulen. Darüber hinaus ist die industrielle Kette in der frühen Phase der Entwicklung der kabellosen Ladetechnologie noch nicht ausgereift, und die Kosten für die zugehörigen Teile werden hoch sein und sogar ein Vielfaches der Kosten von AC-Ladesäulen für den Hausgebrauch mit gleicher Leistung betragen.
So erwägt beispielsweise der britische Busbetreiber FirstBus den Einsatz von kabelloser Ladetechnologie im Zuge der Elektrifizierung seiner Flotte. Nach einer Überprüfung stellte sich jedoch heraus, dass jeder Anbieter von Ladestationen 70.000 Pfund verlangte. Zudem sind die Baukosten für kabellose Ladestraßen hoch. So betragen die Kosten für den Bau einer 1,6 Kilometer langen kabellosen Ladestraße in Schweden etwa 12,5 Millionen US-Dollar.
Natürlich können Sicherheitsaspekte auch ein Hindernis für die kabellose Ladetechnologie sein. Aus Sicht der Auswirkungen auf den menschlichen Körper ist kabelloses Laden jedoch kein großes Problem. Die vom Ministerium für Industrie und Informationstechnologie veröffentlichten „Vorläufigen Bestimmungen zur Funksteuerung von Geräten zur kabellosen Ladetechnik (Energieübertragung) (Entwurf zur Kommentierung)“ besagen, dass das Frequenzspektrum von 19–21 kHz und 79–90 kHz ausschließlich für das kabellose Laden von Autos vorgesehen ist. Studien zeigen, dass erst ab einer Ladeleistung von 20 kW und engem Kontakt des menschlichen Körpers mit der Ladestation eine gewisse Beeinträchtigung des Körpers möglich ist. Dies erfordert jedoch auch, dass alle Beteiligten weiterhin für mehr Sicherheit werben, bevor diese von den Verbrauchern wahrgenommen wird.
Unabhängig davon, wie praktisch die kabellose Ladetechnologie für Autos ist und wie bequem die Anwendungsszenarien sind, ist es noch ein weiter Weg, bis sie im großen Maßstab kommerzialisiert werden kann. Der Weg zum kabellosen Laden von Autos aus dem Labor in die Praxis ist lang und beschwerlich.
Während alle Beteiligten intensiv an der kabellosen Ladetechnologie für Autos forschen, ist auch das Konzept der „Laderoboter“ in aller Stille aufgetaucht. Die Schwachstellen, die durch kabelloses Laden gelöst werden müssen, liegen im Ladekomfort für den Benutzer, der das Konzept des autonomen Fahrens in der Zukunft ergänzen wird. Doch es gibt mehrere Wege nach Rom.
Daher werden „Laderoboter“ zunehmend zu einer Ergänzung des intelligenten Ladevorgangs von Autos. Vor nicht allzu langer Zeit wurde im neuen Energiesystem-Versuchszentrum der Beijing Sub-Central Construction National Green Development Demonstration Zone ein vollautomatischer Busladeroboter eingeführt, der Elektrobusse aufladen kann.
Sobald der Elektrobus die Ladestation erreicht, erfasst das Bildverarbeitungssystem die Ankunftsinformationen des Fahrzeugs, und das Hintergrund-Dispatch-System erteilt dem Roboter sofort einen Ladeauftrag. Mithilfe des Pfadfindungssystems und des Laufmechanismus fährt der Roboter automatisch zur Ladestation und greift sich automatisch die Ladepistole. Mithilfe der visuellen Positionierungstechnologie wird der Standort des Ladeanschlusses für Elektrofahrzeuge ermittelt und der Ladevorgang automatisch durchgeführt.
Natürlich erkennen auch Automobilhersteller die Vorteile von Laderobotern. Auf der Shanghai Auto Show 2023 stellte Lotus einen Blitzladeroboter vor. Wenn das Fahrzeug aufgeladen werden muss, kann der Roboter seinen mechanischen Arm ausfahren und die Ladepistole automatisch in die Ladeöffnung des Fahrzeugs einführen. Nach dem Laden kann er die Pistole auch selbstständig herausziehen und so den gesamten Vorgang vom Starten bis zum Laden des Fahrzeugs abschließen.
Laderoboter hingegen bieten nicht nur den Komfort des kabellosen Ladens, sondern können auch das Problem der Leistungsbegrenzung lösen. Nutzer können zudem das Überladen genießen, ohne aus dem Auto aussteigen zu müssen. Natürlich sind mit Laderobotern auch Kosten verbunden und intelligente Aspekte wie Positionierung und Hindernisvermeidung sind erforderlich.
Zusammenfassung: Die Energieversorgung von Elektrofahrzeugen ist seit jeher ein Thema, dem alle Beteiligten in der Branche große Bedeutung beimessen. Derzeit sind Überladelösungen und Batteriewechsel die gängigsten Lösungen. Theoretisch reichen diese beiden Lösungen aus, um den Energiebedarf der Nutzer bis zu einem gewissen Grad zu decken. Natürlich entwickelt sich die Entwicklung ständig weiter. Vielleicht eröffnen kabelloses Laden und Laderoboter mit dem Beginn des autonomen Fahrens neue Möglichkeiten.
Veröffentlichungszeit: 13. April 2024