Konzept und Funktionsweise des Unterbodenladesystems
Für die Erzielung hoher Reichweiten sind – analog zum herkömmlichen Tankvorgang – in kürzester Zeit hohe Energiemengen zu übertragen. Mit der wachsenden Anzahl automatisierter Fahrzeuge wird dieser Ladevorgang vom Positionieren bis hin zur Abrechnung automatisch erfolgen können.
Erfolgreiche Praxistests mit dem Prototypen im Projekt AULA
Für das Nachladen von Elektrofahrzeugen existieren am Markt derzeit verschiedene Systeme. Sollen hohe Leistungen übertragen werden, kommen prinzipbedingt nur konduktive, d. h. kontaktbehaftete Systeme (Ladekabel mit Stecker) in Frage. Diese flexiblen Lösungen begrenzen jedoch die Leistungsfähigkeit des Ladesystems auf ca. 150 bis 200 kW Ladeleistung und sind für Schnellladesysteme mit höherer Leistung nicht geeignet.
Für dieses Einsatzszenario hat das Fraunhofer IVI ein vollautomatisches Nachladesystem entwickelt, das die Leistungsbegrenzung herkömmlicher Stecker-Kabel-Einheiten überwindet.
Mittels der neuen Technologie lassen sich für den Bereich der elektrischen Pkw ein und bei Lkw zwei Megawatt Ladeleistung übertragen. Dies geschieht ohne Zutun eines Bedieners vollautomatisch, zuverlässig und sicher. Das System verfügt über
Die Nutzung eines Ladekabels wird somit der Vergangenheit angehören.
Besonderes Augenmerk wurde bei der Entwicklung auf eine simple und wartungsfreundliche Technologie gelegt. Die Fahrzeugkomponente muss – entsprechend der Vorgaben der Automobilindustrie – besonders klein, leicht und aufgrund perspektivisch hoher Stückzahlen kostengünstig sein. Außerdem sind folgende Randbedingungen zu erfüllen:
Durch die hohe übertragbare Ladeleistung des Systems ist es möglich, dass der Nachladevorgang zeitlich mit dem konventionellen Tankvorgang vergleichbar wird.
Geeignete Installationsorte für die weg-seitige Ladeschnittstelle sind somit heutige Tankstellen. Die Ladeaktorik wird hierzu in einem kompakten Schachtsystem ca. 70 cm in die Fahrbahn eingelassen und von den nachzuladenden Fahrzeugen überfahren. Die sich einstellenden zeitlichen Abläufe an einer solchen Stromtankstelle resultieren in ca. 10 bis 20 Ladevorgängen an einem Kontaktsystem pro Stunde.
Um einen reibungslosen Ablauf über mehrere Jahre zu gewährleisten, wurde bei der Entwicklung besonders auf Einfachheit, Robustheit, Langlebigkeit und geringen Wartungsaufwand geachtet:
Für das Nachladen in der eigenen Garage bietet das Fraunhofer IVI ebenfalls eine kostengünstige und einfache Lösung an.
Dieses System wird lediglich auf den Garagenboden aufgelegt. Die hier realisierbare Ladeleistung ist durch die typische Limitierung des Hausanschlusses beschränkt:
Die Möglichkeit des Nachladens im privaten Bereich gestattet die Nutzung dieser neu entwickelten Ladetechnologie bereits vor der flächendeckenden Einführung des automatisierten Schnellladesystems.
Kurze Ladezeiten bedingen hohe Systemspannungen von bis zu 1250 VDC und hohe Ladeströme von 2000 A und darüber. Entsprechend müssen die Kontaktsysteme besonders sicher und zuverlässig ausgeführt werden.
Dies betrifft sowohl den Berührschutz, die Vermeidung von Lichtbögen oder ungewollten Erwärmungen als auch die abgesicherte Ladeablaufsteuerung. Des Weiteren wurden grundlegende Sicherheitsbestimmungen, z. B. bezüglich Einklemmen und Ausrutschen, beachtet.
Das Fraunhofer IVI begleitet die Entwicklung der Systeme durch aktive Mitarbeit in nachfolgenden Standardisierungsgremien und Interessenverbänden auf nationaler und internationaler Ebene:
Fraunhofer-Institut für Verkehrs- und Infrastruktursysteme IVI