Kabellose Ladetechnologie von morgen, einfach und leistungsstark
Oak Ridge National Laboratory (ORNL) hat eine beschleunigte kabellose Ladetechnologie entwickelt, die Elektrofahrzeuge schneller und effizienter aufladen kann.
Wäre es nicht schön, wenn wir unsere Elektrofahrzeuge eines Tages einfach parken und aufladen – ohne ein Kabel anschliessen zu müssen? Forscher aus den USA scheint hier nun ein Durchbruch gelungen zu sein.
Bei Elektrofahrzeugen sind die Generatoren für Fahrzeuge wie dem Hyundai Kona Electric oft zu gross und zu langsam. Das könnte sich bald ändern, wenn man sich die neueste Entwicklung des Oak Ridge National Laboratory (ORNL) anschaut.
Das Labor hat ein kabelloses Ladegerät für Elektrofahrzeuge entwickelt, das nicht nur kleiner, sondern auch viel schneller ist als bisherige Ladestationen. Denn die meisten kabellosen Ladegeräte sind nur für Geschwindigkeiten von bis zu 20 kW ausgelegt.
Das Problem, das ORNL lösen will
Dies liegt bereits heute weit unter der maximalen Ladegeschwindigkeit aktueller EVs. Ausserdem benötigen sie eine grosse Stellfläche, was die Installation an Lebensmittelgeschäften oder Einkaufszentren oft schwierig oder unpraktisch macht.
Dabei geht es nicht nur um Breite und Länge. Ein kabelloses Ladegerät benötigt einen Luftspalt zwischen Sender und Empfänger, um eine gute Verbindung zu gewährleisten und effizient zu arbeiten.
Die Forscher des ORNL sind keine Unbekannten, wenn es darum geht, das kabellose Laden an seine Grenzen zu bringen. Sie waren die ersten, die 2016 ein kabelloses Ladegerät mit einer Leistung von 20 kW entwickelt haben.
Mehrphasige elektromagnetische Kopplungsspulen
Jetzt haben sie ein kabelloses Ladegerät mit einer Leistung von 120 kW entwickelt. Das kabellose Ladegerät von ORNL verwendet eine Technologie namens «polyphasische elektromagnetische Kopplungsspulen» mit rotierenden Magnetfeldern.
Obwohl die Mehrphasentechnologie nicht neu ist, wird sie jetzt für das kabellose Laden verwendet und bietet viele der gleichen Vorteile. Mehr Leistung aus einem Leiter mit der gleichen Grösse und der gleichen angelegten Spannung wie bei einer einphasigen Version.
Wie viel mehr Leistung bedeutet das? Ein einphasiger Monopolarstrahler kann bei 5 Zoll (ca. 13 cm) Luftspalt nur 20 kW Leistung erzeugen und erreicht einen mittleren Wirkungsgrad von 90 %.
Die Zukunft des kabellosen EV-Ladens
Dieser mehrphasige Strahler kann bei gleichem Luftspalt eine Leistung von 100 kW und einen Wirkungsgrad von 96 % erreichen. Das entspricht dem Wirkungsgrad vieler bisheriger DC-Schnelllader, allerdings ohne Stecker und die damit verbundene aufwendige Verkabelung.
Theoretisch könnte bei diesem mehrphasigen Sender der Luftspalt auch vergrössert werden, ohne dass der Wirkungsgrad im Vergleich zum einphasigen Sender wesentlich sinkt. Dies ist jedoch nur eine erste Demonstration von Mehrphasenspulen in einem kabellosen EV-Ladegerät unter Laborbedingungen.
Der nächste Schritt wird darin bestehen, die Herausforderungen zu identifizieren, die mit der Massenproduktion eines mehrphasigen drahtlosen Leistungswandlers verbunden sind. Es bleibt zu hoffen, dass diese Entwicklung bald in Serienreife geht und der Ladeprozess damit stark vereinfacht wird.
