von Amna Mumtaz, Analyst I – bei PTR Inc.

• Das kabellose Laden von Elektrofahrzeugen erzeugt mithilfe eines Ladepads und magnetischer Resonanz ein Feld zur Energieübertragung.
• Unternehmen und Unternehmer in Amerika erwarten mit Spannung einen Anstieg der Verkäufe von Elektrofahrzeugen mit kabelloser Ladefunktion, um die weitere Expansion voranzutreiben.
• Mit der Unterstützung von Branchenriesen verfolgt WiTricity ehrgeizige Pläne, darunter die Einführung seines drahtlosen Halo-Systems in einer Reihe von Fahrzeugen, darunter E-Z-GO, ICON EV-Golfwagen und Leichtfahrzeuge.

Das kabellose oder induktive Laden von Elektrofahrzeugen hat das Potenzial, die EV-Ladeinfrastruktur, allerdings befindet sich die Technologie noch in einem frühen Stadium. Beim kabellosen Laden von Elektrofahrzeugen wird mithilfe eines Ladepads und magnetischer Resonanz ein Feld zur Energieübertragung erzeugt. Der Empfänger unter dem Fahrzeug fängt die Energie auf und speist sie in die Fahrzeugbatterie ein, wenn eine Spule im Empfänger mit einer Spule im Ladepad ausgerichtet ist. Die Technologie ähnelt dem kabellosen Laden von Mobiltelefonen, das ebenfalls ausgerichtete Spulen und einen Empfänger erfordert, jedoch können EV-Systeme mit einer Entfernung von bis zu 250 Millimetern funktionieren.

Vor kurzem wurden drahtlose Ladegeräte für die öffentliche Installation eingeführt. Während einige drahtlose Ladestationen heutzutage mit ähnlichen Leistungsstufen wie die AC-Kategorie (Stufe 2) arbeiten, wird diese Technologie häufiger für Flottenbetriebe wie den Nahverkehr eingesetzt, wo die Leistungsstufen mit denen von DC-Schnellladegeräten vergleichbar sind. Das US-Energieministerium (DOE) untersucht derzeit die Machbarkeit von drahtlosem Laden mit hoher Leistung. Die folgende Abbildung veranschaulicht die drahtlose Ladetechnologie umfassend. Der Artikel beleuchtet zwei Arten des drahtlosen Ladens von Elektrofahrzeugen und beschreibt anschließend den Stand des drahtlosen Ladens in Nordamerika. Darüber hinaus werden die universellen Standards für drahtloses Laden und die weltweit führenden Hersteller von drahtlosen Ladegeräten für Elektrofahrzeuge behandelt.

Abbildung 1: Drahtlose EV-Ladetechnologie.

Quelle: PTR Inc.

Arten des kabellosen Ladens von Elektrofahrzeugen

Das kabellose Laden hat das Potenzial, den Ladevorgang zu vereinfachen. Es gibt zwei Arten von kabellosen EV-Ladetechnologien: statisches und dynamisches kabelloses Laden. Der Einsatz von statischem oder dynamischem Laden hängt von den Vorlieben des Benutzers und dem Ladestandort ab.

Statisches kabelloses Laden

Beim statischen kabellosen Laden werden stationäre Ladepads auf dem Boden installiert oder in Straßen, Parkplätze oder Garagen eingebettet. Wenn ein Elektrofahrzeug mit einer kompatiblen Empfängerspule über dem Ladepad geparkt wird, wird der Strom kabellos durch elektromagnetische Induktion übertragen. Diese Methode eignet sich besonders für das Laden über Nacht zu Hause oder bei längeren Parkzeiten, da das manuelle Anschließen und Trennen von Ladekabeln entfällt.

Dynamisches kabelloses Laden

Dynamisches kabelloses Laden ermöglicht das Laden von Elektrofahrzeugen während der Fahrt. Bei dieser Technologie wird die Ladeinfrastruktur direkt in Straßen oder Autobahnen eingebettet, sodass Elektrofahrzeuge mit Empfängerspulen während der Fahrt aufgeladen werden können. Die induktive Energieübertragung erfolgt zwischen den auf der Fahrbahn installierten Spulen und den Empfängerspulen des Fahrzeugs, wodurch eine kontinuierliche Ladung aufrechterhalten wird, während das Fahrzeug mit einer Geschwindigkeit von bis zu 105 km/h fährt. Dynamisches kabelloses Laden kann die Reichweite von Elektrofahrzeugen verlängern und den Bedarf an großen Akkus reduzieren, sodass Besitzer von Elektrofahrzeugen lange Strecken zurücklegen können und das Risiko einer Entladung minimiert wird.

Durchdringung in Nordamerika

Aufgrund seiner Vorteile gewinnt der Bereich des kabellosen Ladens von Elektrofahrzeugen in den US-Markt, liegt jedoch derzeit noch hinter Europa und Asien zurück. Unternehmen und Unternehmer in Amerika erwarten mit Spannung einen Anstieg der Verkäufe von Elektrofahrzeugen, die für das kabellose Laden ausgerüstet sind, um die weitere Expansion voranzutreiben. Der BMW 530e Hybrid-Sedan ist das einzige Elektrofahrzeug auf dem US-Markt, das werkseitig mit einer kabellosen Ladeoption ausgestattet ist. WiTricity, ein führender Anbieter von kabellosen Ladelösungen, sicherte sich 2022 eine bedeutende Investition in Höhe von 25 Millionen US-Dollar von Siemens, um Lizenzvereinbarungen zu verfolgen. Trotz der begrenzten Verfügbarkeit herrscht unter amerikanischen EV-Besitzern große Begeisterung, denn die von WiTricity durchgeführte Umfrage ergab, dass 81 % der 1.000 Befragten großes Interesse an EVs mit kabelloser Ladefunktion bekundeten. Mehrere Projekte zum kabellosen Laden sind bereits im Gange, was zeigt, dass das kabellose Laden eine vielversprechende Zukunft auf dem nordamerikanischen Markt.

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 Michigan eine Zusammenarbeit mit Electreon an, um die erste kabellose Ladestraße für Elektrofahrzeuge mit einer Länge von einer Meile in Detroit zu bauen.

Unternehmen wie WiTricity revolutionieren das Ladeerlebnis. Zu den ehrgeizigen Plänen von WiTricity gehört die Einführung seines drahtlosen Halo-Systems in einer Reihe von Fahrzeugen, darunter E-Z-GO- und ICON EV-Golfwagen und Leichtfahrzeuge. Investitionen von Branchenriesen wie Mitsubishi und Siemens unterstützen diese Pläne. Im Oktober 2021 stellte WiTricity seine patentierte kabellose Ladetechnologie für Elektrofahrzeuge in Südkorea vor. WiTricity gibt an, dass Personenkraftwagen mit seiner kabellosen Technologie bis zu 35 Meilen pro Stunde aufgeladen werden können.

FLO, ein führender Anbieter im Bereich der EV-Ladetechnologie, arbeitet mit WiTricity zusammen, um Pionierarbeit im Bereich der drahtlosen EV-Ladetechnologie zu leisten. Zu ihren gemeinsamen Bemühungen gehört die Erprobung von drahtlosen Lademöglichkeiten im hochmodernen Techniklabor von FLO mit dem Ziel, das Ladeerlebnis zu verbessern, indem FLO-Stationen mithilfe des drahtlosen WiTricity Halo-Systems Fahrzeuge ohne Kabel aufladen können. Darüber hinaus hat WiTricity sein FastTrack-Integrationsprogramm für Automobilhersteller gestartet, das darauf ausgelegt ist, seine kabellose Ladetechnologie in bestehende und zukünftige EV-Plattformen zu integrieren. Dieses Programm ermöglicht eine erste Fahrzeugintegration innerhalb von drei Monaten und erleichtert Automobilherstellern das Testen und die Einführung des Halo-Empfängers und des 11-kW-Ladegeräts von WiTricity.

Im ganzen Land setzen öffentliche Verkehrsbetriebe auf kabellose 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 Ladepads in ganz Nordamerika und einer Förderung des US-Energieministeriums für die Entwicklung eines 500-kW-Schnellladegeräts für Lkw treibt WAVE Charging die Einführung kabelloser Ladeinfrastrukturen voran, insbesondere im öffentlichen Nahverkehr.

In Indianapolis werden Elektrobusse des chinesischen EV-Giganten BYD dank einer Partnerschaft mit InductEV, ehemals Momentum Dynamics, mit drahtloser Ladetechnologie betrieben. Das Engagement von InductEV für die Weiterentwicklung der drahtlosen Ladetechnologie zeigt sich auch in der Einrichtung eines speziellen Forschungs- und Entwicklungszentrums in Pennsylvania, das sich auf Hochleistungslösungen für Elektrofahrzeuge und gewerbliche Flotten konzentriert.

HEVO, ein Start-up-Unternehmen 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-Kabellos-Systeme in Chrysler Pacifica-Hybridfahrzeugen zu testen und ein leistungsstarkes 300-kW-Kabellos-Schnellladegerät zu entwickeln. Diese Projekte sind Ausdruck der vielfältigen Bemühungen von staatlichen und privaten Akteuren, Kabellos-Ladelösungen für gängige Verbraucherfahrzeuge zu etablieren.

Festlegung universeller Standards für kabellose EV-Ladegeräte

Da sich der Anwendungsbereich des kabellosen Ladens über Nordamerika hinaus ausweitet, spielt die Standardisierung eine entscheidende Rolle bei der Förderung der breiten Einführung von kabellosen EV-Ladetechnologien. Im Jahr 2022 führte SAE International, ein Verband von Ingenieuren und technischen Transportexperten, den ersten Standard für stationäres kabelloses Laden ein, der speziell auf leichte Nutzfahrzeuge, einschließlich Personenkraftwagen, zugeschnitten ist. Dieser Standard, der in SAE J2954 und SAE J2847/6 enthalten ist, befasst sich mit kritischen Aspekten wie sicheren Ladegeschwindigkeiten von bis zu 11 Kilowatt, Interoperabilität und Leistungsbenchmarks. Mit ihrem Schwerpunkt auf Effizienz und einer zulässigen Entfernung zwischen Ladestation und Fahrzeug von bis zu 25 cm ebnen diese Standards den Weg für die nahtlose Integration von kabellosen Ladelösungen. Darüber hinaus können diese standardisierten Systeme in autonomen Infrastrukturen für Fahrzeuge mit Selbstpark- und Ladefunktionen implementiert werden. Die Abbildung unten zeigt, wie das Ladegerät und das Fahrzeug unter Verwendung dieser universellen Standards interagieren.

Abbildung 2: Demonstration des Ladens von Elektrofahrzeugen mit universellem Standard-Wireless-Laden.

Quelle: PTR Inc.

Führende Hersteller von kabellosen EV-Ladegeräten

Die wichtigsten kabellosen EV-Ladeanbieter versuchen, die Marktnachfrage durch die Finanzierung mehrerer Forschungs- und Entwicklungsinitiativen zu steigern.

Abbildung 3: Weltweit führende Hersteller von kabellosen EV-Ladegeräten.
Quelle: PTR Inc.

Aktuelle Entwicklungen und Zukunftsaussichten

Auf dem Pariser Autosalon haben Volkswagen und Mercedes-Benz mit der Ankündigung ihrer Flaggschiff-Elektrofahrzeuge ihr Engagement für induktives Laden unter Beweis gestellt. Insbesondere Mercedes-Benz setzt verstärkt auf kabelloses Laden und plant, es nach seiner Einführung im S550e 2017 in die Serienfahrzeuge des späten Jahrzehnts zu integrieren. Auch BMW hat mit dem i8, der als Pace Car in der Formel E eingesetzt wird, seine Fähigkeiten im Bereich kabelloses Laden unter Beweis gestellt und damit Spekulationen über dessen Integration in die Plug-in-Hybrid-Elektrofahrzeuge der BMW i-Serie ausgelöst.

Unterdessen stellte Stellantis in Chiari, Italien, bei einer Vorführung mit einem elektrischen Fiat 500e sein Dynamic Wireless Power Transfer (DWPT)-System vor, das mit Spulen unter der Straßenoberfläche arbeitet. Auch Volkswagen macht in seinem Innovationszentrum in Knoxville, Tennessee, Fortschritte im Bereich des kabellosen Ladens von Elektrofahrzeugen und entwickelt ein patentiertes Spulen- und Ladepad-Design unter Verwendung fortschrittlicher Siliziumkarbid-Materialien, um ein kabelloses Schnellladesystem mit einer Leistung von bis zu 300 kW zu realisieren.

Da das Interesse an kabellosen Ladelösungen weiter zunimmt, hat die Organisation Charging Interface Initiative (CharIN) eine Arbeitsgruppe für kabellose Energieübertragung eingerichtet, um nahtlose kabellose Ladevorgänge zu standardisieren und zu vereinfachen. Diese Initiativen stehen für gemeinsame Anstrengungen, die Ladelandschaft zu revolutionieren und Fahrzeugbesitzern unvergleichlichen Komfort und modernste Technologie zu bieten.

Das kabellose Laden wird für Besitzer von Luxusfahrzeugen zu einer attraktiven Option, da es Komfort und ein verbessertes Benutzererlebnis bietet. Das Konzept des autonomen induktiven Ladens verbindet die Nostalgie von Full-Service-Tankstellen mit einer futuristischen Vision von sauberen, autarken Transportsystemen und stellt damit ein überzeugendes Angebot für die Automobilindustrie dar.

Weltweit auf Platz drei im Markt für kabellose EV-Ladegeräte nach Europa und APACauf Platz drei der weltweit größten Märkte für kabellose EV-Ladegeräte. Der nordamerikanische Markt für kabelloses Laden von Elektrofahrzeugen hat einen Aufschwung erlebt, der durch die steigende Nachfrage nach tragbaren, kabellosen Geräten und technologischen Fortschritten in verschiedenen Branchen angetrieben wird. 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 Verkauf von Elektrofahrzeugen angekurbelt, was voraussichtlich zu einer weiteren Zunahme umweltfreundlicher kabelloser Ladelösungen in der Region führen wird.

Über den Autor

Amna Mumtaz

Marktanalyst – PTR Inc.

Amna Mumtaz ist Marktanalystin bei PTR Inc. und hat sich auf eMobility spezialisiert, wobei ihr Schwerpunkt auf der Prognose für EV-Ladegeräte in der Region Asien-Pazifik (APAC) liegt. Mit einem Master-Abschluss in Elektrotechnik von der NUST war sie ein Jahr lang als wissenschaftliche Mitarbeiterin tätig, bevor sie zu PTR kam. Amnas Fachwissen liegt in der Bewertung und Vorhersage von Trends, wobei sie durch Marktgrößenanalysen wertvolle Erkenntnisse liefert. Ihr Engagement und ihr Bildungshintergrund machen sie zu einer wichtigen Stütze des eMobility-Teams von PTR, das die Zukunft des Marktes für EV-Ladegeräte im APAC-Raum mitgestaltet.

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