Ladetechnologien

Inhalt


1. Vorwort

2. Standard

3. Laden durch Induktion

3.1 MRFE - Verbessertes laden durch Induktion

4. Laderoboter

5. Wechselsystem

6. Quellen




1. Vorwort


Es ist kein großes Geheimnis, wie Akkumulatoren aufgeladen werden können. Da es auch in diesem Bereich immer wieder interessante Neuerungen und Ansätze gibt, möchten wir diese hier vorstellen

 


2. Standard


Die einfachste Methode Akkumulatoren aufzuladen ist, das anschließen an ein Ladegerät. Hierbei werden Plus- und Minuspol von Akku und Ladegerät direkt miteinander verbunden. Die Ladespannung ist dabei etwas höher, als die Spannung, die der Akku im aufgeladenen Zustand hat.


Je nach Akkutyp dürfen bestimmte Spannungen, und Ströme während des Ladens nicht überschritten werden. Bei intelligenten Ladegeräten, werden Spannung und Strom über die Zeit des Ladens in speziellen Ladekurven angepasst, um den Akku während des Ladens zu schonen. Dadurch wird die Anzahl der Ladezyklen erhöht.



3. Laden durch Induktion


Das Aufladen von Akkumulatore durch Induktion ist vergleichbar einem Transformator, bei dem der Eisenkern weggelassen wurde. Der Vorteil dieser Lademethode liegt an den fehlenden Kabeln, da die Energie über die Luft zum Gerät/Akku übertragen wird. Zur besseren Erklärung dient das folgende Bild.

 

Elektromagnetische Induktion - Funktionsprinzip
Elektromagnetische Induktion - Funktionsprinzip

Eine Eingangsspannung wird entweder in eine  Wechselspannung umgewandelt, oder direkt an eine Primärspule (Sendespule) angelegt. 

Wenn der Strom durch die Sendespule fliesst, entsteht ein magnetisches Wechselfeld "B" das sich um die Sendespule herum aufbaut.

 

Sobald eine Empfangsspule in dieses magnetische Wechselfeld kommt, werden die Elektronen in der Empfangsspule in Schwingung versetzt und über einen Gleichrichter, kann so Energie aus dem Feld ausgekoppelt werden.

 

Diese Energie kann genutzt werden um Akkumulatoren aufzuladen, oder Geräte direkt mit Energie zu versorgen.

 

Da bei dieser Methode der Energieübertragung ein Eisenkern fehlt und nur die Luft als Energieüberträger dient, ist die Effizienz der Energieübertragung eingeschränkt.

 

Für Handys und andere Kleingeräte wie elektrische Zahnbürsten reicht die Energieübertragung meist aus. Bei größeren Verbrauchern wird aktuell an Lösungen gearbeitet um möglichst viel Energie, bei einem großen Abstand der beiden Spulen zu übertragen. Gerade bei Automobilen ist der Abstand zwischen Bodenplatte (Sendespule) und Bodenblech (Empfangsspule) relativ gross.



3.1 MRFE - Verbessertes laden durch Induktion


MRFE steht für "Magnetic Resonance Field Enhancer" Bei dieser Methode der Energieübertrsgun durch die Luft, wird das Magnetfeld einer Sendespule mit speziellen Methoden so verstärkt, das bei einer weiter entfernten Empfangsspule mehr Energie ankommt. Gerade bei Elektroautos, bei denen viel Energie über 20-30cm Entfernung übertragen werden müssen, ist dies hilfreich. 


Wissenschaftler am M.I.T. ist es gelungen die Reichweite und Stärke des Magnetfeldes der Sendespule, durch einbringen eines einfachen Kupferringes zwischen Sende- und Empfangsspule zu erhöhen. Im Bild von David Rickett wird das sehr gut veranschaulicht. 


Dort im Bild ist links die Energieübertragung mit M-FE zu sehen, in der Mitte die Energieübertragung mit Metamaterial, und rechts nur durch die Luft. 


Das Verfahren soll bis zu 50-fach effektiver sein, als herkömmliche Methoden zur Energieübertragung.

 


4. Laderoboter

 

TESLA-Motors arbeitet an einem Roboterarm, der es Elektroautobesitzern in Zukunft ermöglichen soll, ohne auszusteigen ihr Auto aufzuladen. Dazu fährt man neben dem Roboterarm, der dann automatisch ausfährt, und sich an die Steckdose des Autos andockt und das Auto auflädt.



5. Wechselsystem


Beim Wechselsystem ist am Elektroauto der Akkupack unter oder hinten am Fahrzeug so angebracht, das es automatisch gewechselt werden kann. Dazu führt das Auto auf eine Rampe, und eine automatische Anlage zieht den verbrauchten Akku ab, und steckt den neuen Akkupack wieder am Fahrzeug ein. 


Der Vorteil dieser Technik ist die kurze Wechselzeit des Akkupacks, der nur bei wenigen Minuten liegt. Der Autofahrer muss also nicht mehr 30-60 Minuten mindestens warten, sondern kann sofort weiter fahren. Bisher hat sich dies Wechselsystem nicht durchgesetzt.