Die Entwicklung von Fahrzeugen mit alternativen Antrieben ist in vollem Gange, und auch die Frage der Energieversorgung ist zu einem der Themen geworden, denen die Branche große Aufmerksamkeit schenkt. 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 alternativen Antrieben?
Möglicherweise beeinflusst durch das kabellose Laden von Smartphones ist auch das kabellose Laden von Autos zu einer der Technologien geworden, die Ingenieure weiterentwickelt haben. Medienberichten zufolge wurde die kabellose Ladetechnologie für Autos vor kurzem durch bahnbrechende Forschungen untermauert. Ein Forschungs- und Entwicklungsteam gab an, 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 Antriebstechnologie beschäftigen sich verschiedene Akteure schon seit langem mit der kabellosen Ladetechnologie, darunter BBA, Volvo und verschiedene inländische Automobilhersteller.
Insgesamt befindet sich die kabellose Ladetechnologie für Autos noch in der Anfangsphase, und 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 kabellose Ladetechnologie 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 beliebt 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 hauptsächlich elektromagnetische Induktion und Magnetfeldresonanz.
Das kabellose Laden mittels 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 mittels Magnetresonanz erfordert vergleichsweise weniger Platz und eine längere Ladedistanz (von einigen Zentimetern bis zu mehreren Metern). Die Ladeeffizienz ist jedoch etwas geringer.
Daher bevorzugten Automobilhersteller in der Anfangsphase der Erforschung der kabellosen Ladetechnologie die elektromagnetische Induktion. Zu den repräsentativen Unternehmen zählen BMW, Daimler und andere Automobilhersteller. Seitdem wurde die Magnetresonanz-Ladetechnologie 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 kabelloser Ladetechnologie für Elektrofahrzeuge bekannt. 2018 begann BMW mit der Produktion eines kabellosen Ladesystems und bot es als optionales Zubehör für den 5er Plug-in-Hybrid 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 in der schwedischen Stadt Göteborg mehrere Testgelände 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 bis zu 40 kW erreichen und das Fahrzeug in 30 Minuten 100 Kilometer weit fahren kann.
Im Bereich des kabellosen Ladens von Autos war China 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 rein elektrische Modell mit kabelloser Ladefunktion auf den Markt. FAW Hongqi brachte 2020 den Hongqi E-HS9 auf den Markt, der kabellose Ladetechnologie unterstützt. Im März 2023 stellte SAIC Zhiji offiziell seine erste intelligente kabellose Ladelösung für Fahrzeuge mit 11 kW Hochleistungsleistung vor.
Tesla ist auch einer der Pioniere 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. Ziel war es, kabelloses Laden kostengünstig zu nutzen. Tesla-CEO Musk hatte zuvor eine negative Einstellung zum kabellosen Laden und kritisierte es als „energiesparend und ineffizient“. Nun 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 längerem erforschen, ist die kabellose Ladetechnologie für Autos noch weit von der Realität entfernt. Der Hauptfaktor, der ihre Entwicklung hemmt, 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, die nur geringfügig über der Leistung der langsamen Ladesäule von 7 kW liegt. Einige Modelle erreichen lediglich eine Systemladeleistung von 3,2 kW. Mit anderen Worten: Komfort ist bei dieser Ladeeffizienz nicht gewährleistet.
Natürlich könnte die Situation 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 Energieversorgung dar.
Aus Sicht der verschiedenen Anwendungsszenarien 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 wie Parken, Aussteigen, Aufnehmen der Waffe, Anschließen und Laden usw. durchführen. Bei Ladestationen von Drittanbietern müssen sie verschiedene Informationen eingeben, was ein relativ umständlicher Prozess ist.
Das kabellose Laden ist denkbar einfach. Sobald der Fahrer das Fahrzeug parkt, erkennt das Gerät es automatisch und lädt es kabellos auf. Nach dem vollständigen Laden fährt das Fahrzeug direkt los, ohne dass der Besitzer etwas anderes tun muss. Auch aus Nutzersicht vermittelt es ein Gefühl von Luxus bei der Nutzung von Elektrofahrzeugen.
Warum weckt das kabellose Laden von Autos bei Unternehmen und Zulieferern so viel Aufmerksamkeit? 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 ein Volumen von 2 Milliarden US-Dollar erreichen wird. Zu diesem Zweck investierte Siemens bereits im Juni 2022 25 Millionen US-Dollar in eine Minderheitsbeteiligung am Anbieter kabelloser Ladesysteme WiTricity, um die technologische Forschung und Entwicklung kabelloser Ladesysteme voranzutreiben.
Siemens ist überzeugt, dass kabelloses Laden von Elektrofahrzeugen künftig zum Standard wird. Es macht das Laden nicht nur komfortabler, sondern ist auch eine Voraussetzung für autonomes Fahren. 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 Lademöglichkeiten 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 stellt ein Hindernis dar. Wir haben beispielsweise die Effizienz des 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 Ladestationen. Zudem ist die industrielle Kette in der frühen Phase der Entwicklung der kabellosen Ladetechnologie noch nicht ausgereift, und die Kosten für die zugehörigen Komponenten werden hoch sein und sogar ein Vielfaches der Kosten von Haushalts-AC-Ladestationen gleicher Leistung betragen.
Beispielsweise erwog 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 darstellen. Aus Sicht der Auswirkungen auf den menschlichen Körper ist kabelloses Laden jedoch kein großes Problem. Die vom Ministerium für Industrie und Informationstechnologie veröffentlichten „Vorläufigen Vorschriften 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 kabellose Ladeanwendungen in Autos vorgesehen ist. Studien zeigen, dass erst ab einer Ladeleistung von 20 kW und engem Kontakt des Körpers mit der Ladestation eine gewisse Beeinträchtigung des Körpers möglich ist. Dies erfordert jedoch, dass alle Beteiligten weiterhin für mehr Sicherheit sorgen, 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 vom 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“ im Stillen aufgetaucht. Die Schwachstellen, die durch kabelloses Laden gelöst werden müssen, liegen im Ladekomfort, 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 für intelligente Ladevorgänge im Auto. Vor kurzem wurde im neuen Energiesystem-Versuchszentrum der Beijing Sub-Central Construction National Green Development Demonstration Zone ein vollautomatischer Busladeroboter in Betrieb genommen, der Elektrobusse laden kann.
Sobald der Elektrobus die Ladestation erreicht, erfasst das Bildverarbeitungssystem die Ankunftsdaten des Fahrzeugs. Das Hintergrund-Dispatch-System erteilt dem Roboter umgehend einen Ladeauftrag. Mithilfe des Wegfindungssystems und des Laufmechanismus fährt der Roboter automatisch zur Ladestation und greift sich die Ladepistole. Mithilfe der visuellen Positionierungstechnologie ermittelt er den Standort des Ladeanschlusses für Elektrofahrzeuge und führt den Ladevorgang automatisch durch.
Natürlich erkennen auch Automobilhersteller die Vorteile von Laderobotern. Auf der Shanghai Auto Show 2023 stellte Lotus einen Blitzladeroboter vor. Wenn das Fahrzeug geladen 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 Funktionen wie Positionierung und Hindernisvermeidung sind erforderlich.
Zusammenfassung: Die Energieversorgung von Elektrofahrzeugen ist seit jeher ein Thema, dem alle Branchenakteure große Bedeutung beimessen. Aktuell sind Überladelösungen und Batteriewechsel die gängigsten Lösungen. Theoretisch reichen beide Lösungen aus, um den Energiebedarf der Nutzer bis zu einem gewissen Grad zu decken. Natürlich entwickelt sich die Entwicklung stetig weiter. Vielleicht eröffnen kabelloses Laden und Laderoboter mit dem Beginn des autonomen Fahrens neue Möglichkeiten.
Veröffentlichungszeit: 13. April 2024