von Amna Mumtaz, Analystin I – bei PTR Inc.

• Beim kabellosen Laden von Elektrofahrzeugen wird mithilfe einer Ladeplatte und magnetischer Resonanz ein Feld zur Energieübertragung erzeugt.
• Unternehmen und Unternehmer in den USA erwarten mit Spannung einen Anstieg der Verkaufszahlen von Elektrofahrzeugen mit kabelloser Ladefunktion, um das Wachstum weiter voranzutreiben.
• Mit der Unterstützung von Branchenriesen sieht der ehrgeizige Plan von WiTricity vor, sein drahtloses „Halo“-System in einer Reihe von Fahrzeugen einzusetzen, darunter Golfwagen der Marken E-Z-GO und ICON EV sowie Leichtfahrzeuge.

Das kabellose oder induktive Laden von Elektrofahrzeugen birgt das Potenzial, Ladeinfrastruktur für Elektrofahrzeuge; allerdings befindet sich die Technologie noch in einem frühen Entwicklungsstadium. Beim kabellosen Laden von Elektrofahrzeugen wird mithilfe einer Ladeplatte und magnetischer Resonanz ein Feld zur Energieübertragung erzeugt. Der Empfänger unter dem Fahrzeug nimmt die Energie auf und leitet sie in die Batterie des Fahrzeugs weiter, sobald eine Spule im Empfänger mit einer Spule im Ladepad ausgerichtet ist. Die Technologie ähnelt dem kabellosen Laden von Mobiltelefonen, bei dem ebenfalls ausgerichtete Spulen und ein Empfänger erforderlich sind; E-Auto-Systeme können jedoch bei einem Abstand von bis zu 10 Zoll (250 Millimeter) funktionieren.

In jüngster Zeit wurden drahtlose Ladegeräte für den öffentlichen Einsatz eingeführt. Während einige drahtlose Ladestationen heutzutage mit Leistungsstufen arbeiten, die denen der Wechselstromkategorie (Stufe 2) entsprechen, wird diese Technologie häufiger im Flottenbetrieb, beispielsweise im öffentlichen Nahverkehr, eingesetzt, wo die Leistungsstufen mit denen von Gleichstrom-Schnellladegeräten vergleichbar sind. Das US-Energieministerium (DOE) führt derzeit Untersuchungen durch, um die Machbarkeit des drahtlosen Hochleistungsladens zu prüfen. Die folgende Abbildung veranschaulicht die Technologie des drahtlosen Ladens umfassend. Der Artikel beleuchtet zwei Arten des drahtlosen Ladens von Elektrofahrzeugen und gibt anschließend einen Überblick über den Stand der Technik im Bereich des drahtlosen Ladens in Nordamerika. Darüber hinaus werden in dem Artikel die universellen Standards für das drahtlose Laden sowie die weltweit führenden Hersteller von drahtlosen Ladesystemen für Elektrofahrzeuge behandelt.

Abbildung 1: Technologie zum kabellosen Laden von Elektrofahrzeugen.

Quelle: PTR Inc.

Arten des kabellosen Ladens von Elektrofahrzeugen

Das kabellose Laden hat das Potenzial, den Ladevorgang zu vereinfachen. Es gibt zwei Arten von Technologien für das kabellose Laden von Elektrofahrzeugen: das statische und das dynamische kabellose Laden. Der Einsatz von statischem oder dynamischem Laden hängt von den Vorlieben des Nutzers und dem Ladestandort ab.

Statisches kabelloses Laden

Beim statischen kabellosen Laden kommen ortsfeste Ladeplatten zum Einsatz, die auf dem Boden installiert oder in Straßen, Parkplätzen oder Garagen eingebettet sind. Wenn ein Elektrofahrzeug, das mit einer kompatiblen Empfängerspule ausgestattet ist, über der Ladeplatte geparkt wird, wird die Energie kabellos durch elektromagnetische Induktion übertragen. Diese Methode eignet sich besonders gut für das Aufladen über Nacht zu Hause oder während längerer Parkzeiten, da das manuelle Ein- und Ausstecken von Ladekabeln entfällt.

Dynamisches kabelloses Laden

Das dynamische kabellose Laden ermöglicht es Elektrofahrzeugen, sich während der Fahrt aufzuladen. Bei dieser Technologie wird die Ladeinfrastruktur direkt in Straßen oder Autobahnen eingebaut, sodass Elektrofahrzeuge mit Empfangsspulen während der Fahrt aufgeladen werden können. Die induktive Energieübertragung erfolgt zwischen den in der Fahrbahn installierten Spulen und den Empfängerspulen des Fahrzeugs, wodurch eine kontinuierliche Ladung gewährleistet ist, während sich das Fahrzeug mit Geschwindigkeiten von bis zu 65 mph bewegt. Das dynamische kabellose Laden kann die Reichweite von Elektrofahrzeugen verlängern und den Bedarf an großen Akkus verringern, was den Besitzern von Elektrofahrzeugen Langstreckenfahrten ermöglicht und das Risiko, dass der Strom ausgeht, minimiert.

Marktdurchdringung in Nordamerika

Aufgrund seiner Vorteile gewinnt der Sektor der kabellosen EV-Ladetechnik auf dem US-Marktan Bedeutung; derzeit hinkt er jedoch noch hinter Europa und Asien hinterher. Unternehmen und Unternehmer in Amerika erwarten mit Spannung einen Anstieg der Verkaufszahlen von Elektrofahrzeugen mit kabelloser Ladefunktion, um die weitere Expansion voranzutreiben. Die Hybrid-Limousine BMW 530e ist das einzige auf dem US-Markt erhältliche Elektrofahrzeug mit einer werkseitig integrierten kabellosen Ladeoption. WiTricity, ein führender Anbieter von drahtlosen Ladelösungen, sicherte sich im Jahr 2022 eine bedeutende Investition in Höhe von 25 Millionen US-Dollar von Siemens, um Lizenzvereinbarungen voranzutreiben. Trotz der begrenzten Verfügbarkeit herrscht unter amerikanischen E-Auto-Besitzern große Begeisterung, denn eine von WiTricity durchgeführte Umfrage ergab, dass 81 % der 1.000 Befragten starkes Interesse an E-Autos mit drahtloser Ladefunktion bekundeten. Mehrere Projekte zum drahtlosen Laden sind bereits im Gange, was zeigt, dass das drahtlose Laden eine vielversprechende Zukunft auf dem nordamerikanischen Markthat.

Projekte

In Nordamerika laufen derzeit mehrere Projekte zum kabellosen Laden von Elektrofahrzeugen, die innovative Lösungen für die Stromversorgung von Elektrofahrzeugen ohne herkömmliche Kabel präsentieren. Der Automobilhersteller Stellantis leistet Pionierarbeit bei der Integration der kabellosen Ladetechnologie direkt in ausgewählte Straßen. Im September 2021 kündigte der Bundesstaat Michigan eine Zusammenarbeit mit Electreon an, um die erste kabellose Ladestraße für Elektrofahrzeuge auf einer Strecke von einer Meile in Detroit zu errichten.

Unternehmen wie WiTricity revolutionieren das Ladeerlebnis. Zu den ehrgeizigen Plänen von WiTricity gehört der Einsatz seines drahtlosen „Halo“-Systems in einer Reihe von Fahrzeugen, darunter E-Z-GO- und ICON EV-Golfwagen sowie Leichtfahrzeuge. Investitionen von Branchenriesen wie Mitsubishi und Siemens unterstützen diese Pläne. Im Oktober 2021 stellte WiTricity seine patentierte drahtlose Ladetechnologie für Elektrofahrzeuge in Südkorea vor. WiTricity gibt an, dass Personenkraftwagen mit dieser drahtlosen Technologie bis zu 35 Meilen Reichweite pro Stunde erreichen können.

FLO, ein führendes Unternehmen im Bereich der E-Auto-Ladeinfrastruktur, arbeitet mit WiTricity zusammen, um Pionierarbeit bei der drahtlosen Lade-Technologie für Elektrofahrzeuge zu leisten. Zu ihren gemeinsamen Bemühungen gehört das Testen von drahtlosen Lademöglichkeiten im hochmodernen Entwicklungslabor von FLO. Ziel ist es, das Ladeerlebnis zu verbessern, indem FLO-Ladestationen mithilfe des drahtlosen „Halo“-Systems von WiTricity Fahrzeuge kabellos aufladen können. Darüber hinaus hat WiTricity sein „FastTrack Integration Program“ für Automobilhersteller gestartet, das darauf ausgelegt ist, die drahtlose Ladetechnologie des Unternehmens in bestehende und zukünftige Elektrofahrzeug-Plattformen zu integrieren. Dieses Programm ermöglicht eine erste Fahrzeugintegration innerhalb von drei Monaten und erleichtert den Automobilherstellern so das Testen und den Einsatz des Halo-Empfängers sowie des 11-kW-Ladegeräts von WiTricity.

Im ganzen Land setzen Verkehrsbetriebe zunehmend auf drahtlose Ladelösungen. Mit Unterstützung von WAVE Charging hat die Antelope Valley Transit Authority im Los Angeles County induktive Systeme zur Stromversorgung ihrer Elektrobusflotte integriert. Mit über 50 in ganz Nordamerika installierten Ladeplattformen und einem Zuschuss des US-Energieministeriums (DOE) für die Entwicklung eines 500-kW-Schnellladegeräts für Lkw treibt WAVE Charging den Ausbau der Infrastruktur für drahtloses Laden voran, insbesondere im öffentlichen Nahverkehr.

In Indianapolis werden Elektrobusse des chinesischen Elektrofahrzeug-Giganten BYD dank einer Partnerschaft mit InductEV, ehemals Momentum Dynamics, mittels drahtloser Ladetechnologie mit Strom versorgt. Das Engagement von InductEV für die Weiterentwicklung des drahtlosen Ladens zeigt sich zudem in der Einrichtung eines eigenen Forschungs- und Entwicklungszentrums in Pennsylvania, dessen Schwerpunkt auf Hochleistungslösungen für Elektrofahrzeuge und gewerbliche Fuhrparks liegt.

HEVO, ein Start-up aus Brooklyn, treibt in Zusammenarbeit mit dem Oak Ridge National Laboratory und Stellantis Initiativen zum kabellosen Laden voran. Ziel ihrer gemeinsamen Bemühungen ist es, 50-kW-Systeme zum kabellosen Laden an Chrysler-Pacifica-Hybridfahrzeugen zu erproben und ein leistungsstarkes 300-kW-Schnellladesystem für kabelloses Laden zu entwickeln. Diese Projekte verdeutlichen die vielfältigen Bemühungen staatlicher und privater Akteure, Lösungen zum kabellosen Laden in serienmäßigen Verbraucherfahrzeugen zu etablieren.

Festlegung universeller Standards für kabellose Ladegeräte für Elektrofahrzeuge

Da sich der Anwendungsbereich des kabellosen Ladens über Nordamerika hinaus ausweitet, spielt die Standardisierung eine entscheidende Rolle bei der Förderung der breiten Einführung von Technologien zum kabellosen Laden von Elektrofahrzeugen. Im Jahr 2022 führte SAE International, ein Verband von Ingenieuren und technischen Verkehrsexperten, die erste Norm für stationäres kabelloses Laden ein, die speziell auf leichte Nutzfahrzeuge, einschließlich Personenkraftwagen, zugeschnitten ist. Diese Norm, die in den Standards SAE J2954 und SAE J2847/6 enthalten ist, regelt wichtige Aspekte wie sichere Ladegeschwindigkeiten von bis zu 11 Kilowatt, Interoperabilität und Leistungsrichtwerte. Mit Schwerpunkt auf Effizienz und einer zulässigen Entfernung zwischen Ladeplatte und Fahrzeug von bis zu 25 cm ebnen diese Normen den Weg für die nahtlose Integration drahtloser Ladelösungen. Darüber hinaus lassen sich diese standardisierten Systeme in autonome Infrastrukturen für Fahrzeuge integrieren, die über Funktionen zum selbstständigen Einparken und Laden verfügen. Die Abbildung unten zeigt, wie das Ladegerät und das Fahrzeug unter Verwendung dieser universellen Standards miteinander interagieren.

Abbildung 2: Demonstration des Ladens von Elektrofahrzeugen mithilfe des universellen Standard-Wireless-Ladeverfahrens.

Quelle: PTR Inc.

Führende Hersteller von kabellosen Ladegeräten für Elektrofahrzeuge

Die wichtigsten Ladestationen Akteuren im Bereich der drahtlosen versuchen, die Marktnachfrage durch die Finanzierung zahlreicher Forschungs- und Entwicklungsinitiativen zu steigern.

Abbildung 3: Weltweit führende Hersteller von kabellosen Ladegeräten für Elektrofahrzeuge.
Quelle: PTR Inc.

Aktuelle Entwicklungen und Zukunftsaussichten

Auf dem Pariser Autosalon unterstrichen Volkswagen und Mercedes-Benz bei der Vorstellung ihrer Flaggschiff-Elektrofahrzeuge ihr Engagement für das induktive Laden. Insbesondere Mercedes-Benz setzt verstärkt auf das kabellose Laden und plant, diese Technologie nach ihrer Einführung im S550e des Jahres 2017 in Serienfahrzeuge gegen Ende des Jahrzehnts zu integrieren. Auch BMW hat mit dem i8, der als Pace Car in der Formel E eingesetzt wird, die Möglichkeiten des kabellosen Ladens demonstriert, was Spekulationen über dessen Integration in die Plug-in-Hybrid-Elektrofahrzeuge der BMW i-Reihe ausgelöst hat.

Unterdessen stellte Stellantis bei einer Vorführung mit einem elektrischen Fiat 500e in Chiari, Italien, sein „Dynamic Wireless Power Transfer“ (DWPT)-System vor, bei dem Spulen unter der Fahrbahnoberfläche zum Einsatz kommen. Auch Volkswagen macht in seinem Innovationszentrum in Knoxville, Tennessee, Fortschritte beim kabellosen Laden von Elektrofahrzeugen und entwickelt ein patentiertes Design für Spulen und Ladepads unter Verwendung fortschrittlicher Siliziumkarbid-Materialien, um ein kabelloses Schnellladesystem mit einer Leistung von bis zu 300 kW zu realisieren.

Da das Interesse an Lösungen für das kabellose Laden weiter zunimmt, hat die Organisation „Charging Interface Initiative“ (CharIN) eine Arbeitsgruppe zum Thema „Wireless Power Transfer“ ins Leben gerufen, um nahtlose Ladeerlebnisse zu standardisieren und zu ermöglichen. Diese Initiativen stehen für gemeinsame Bemühungen, die Ladelandschaft zu revolutionieren und Fahrzeugbesitzern unvergleichlichen Komfort sowie modernste Technologie zu bieten.

Das kabellose Laden entwickelt sich zu einer attraktiven Option für Besitzer von Luxusfahrzeugen, da es Komfort und ein verbessertes Nutzererlebnis bietet. Das Konzept des autonomen induktiven Ladens verbindet die Nostalgie von Tankstellen mit Vollservice mit einer futuristischen Vision für saubere, autarke Verkehrssysteme und stellt damit ein überzeugendes Angebot für die Automobilindustrie dar.

Auf dem Markt für drahtlose Ladegeräte für Elektrofahrzeuge weltweit an dritter Stelle nach Europa und APACbelegt der nordamerikanische Markt für kabellose EV-Ladesysteme den dritten Platz weltweit. Angetrieben von der wachsenden Nachfrage nach tragbaren, kabellosen Geräten und technologischen Fortschritten in verschiedenen Branchen hat dieser Markt einen starken Aufschwung erlebt. Technologische Fortschritte und steigende Verkaufszahlen von Elektrofahrzeugen werden die Nachfrage nach kabellosen Ladesystemen in Nordamerika ankurbeln. Darüber hinaus hat das gestiegene Umweltbewusstsein auf dem nordamerikanischen Automobilmarkt den Absatz von Elektrofahrzeugen beflügelt, was voraussichtlich den Einsatz umweltfreundlicher kabelloser Ladelösungen in der Region weiter vorantreiben wird.

Über den Autor

Amna Mumtaz

Marktanalyst – PTR Inc.

Amna Mumtaz ist als Marktanalystin bei PTR Inc. tätig. Sie ist auf E-Mobilität spezialisiert und konzentriert sich auf Prognosen zu Ladestationen für Elektrofahrzeuge in der Region Asien-Pazifik (APAC). Nach ihrem Master-Abschluss in Elektrotechnik an der NUST war sie ein Jahr lang als wissenschaftliche Mitarbeiterin tätig, bevor sie zu PTR kam. Amnas Fachkompetenz liegt in der Bewertung und Prognose von Trends, wobei sie durch Marktgrößenanalysen wertvolle Erkenntnisse liefert. Dank ihres Engagements und ihres Bildungshintergrunds leistet sie einen wesentlichen Beitrag zum eMobility-Team von PTR und gestaltet damit die Zukunft des Marktes für EV-Ladestationen im APAC-Raum mit.

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