Die Straße als Range Extender
Das Problem der Elektroautos ist ihre geringe Reichweite. IAV, Vahle und die TU Braunschweig demonstrieren, wie die Fahrzeuge während der Fahrt nachgeladen werden könnten
Hannover, 24. April 2009 – Der Sinn dieser „Modellbahn“ auf dem Stand der IAV auf der Hannover-Messe 2009 will sich dem Besucher nicht sofort erschließen: Mithilfe von Fernsteuerungen werden Elektroautos im Maßstab 1:28 scheinbar planlos über den Parcours gesteuert, ab und zu parken sie in markierten Zonen oder fahren eine Gerade ab. Dort sind jeweils doppelte Kupferschienen bündig in die Fahrbahnoberfläche verlegt, die aber ganz offenbar nicht zum Spurhalten dienen. Tatsächlich sind diese Schienen nur ein optisches Hilfsmittel, denn darunter befinden sich Induktionsschleifen, die zur Energieübertragung ein magnetisches Wechselfeld erzeugen. Sobald die Autos darüber fahren oder stehen, werden sie berührungslos mit Energie versorgt.
Das Reichweitenproblem
Hinter dieser Modelllandschaft stehen die Firmen IAV und Vahle sowie die TU Braunschweig. Sie wollen zeigen, wie man Elektroautos „langstreckenfähig“ machen könnte. Denn nach dem heutigen und absehbaren Stand der Batterietechnik erscheint das Elektroauto eher für den Stadtverkehr prädestiniert. Von 100 bis 150 km Reichweite geht man heute aus, darüber hinaus wären die Batterien zu teuer, ganz abgesehen vom hohen Gewicht, das selbst bei moderner Batterietechnik nicht zu vermeiden ist. Zwar glauben Experten, dass man zumindest in Großserie Li-Ion-Batterien für rund 750 Euro pro kWh produzieren könnte, doch selbst dann würde bereits die Batterie für ein Stadtauto mehr als 10.000 Euro kosten.
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Ideen, das Reichweitenproblem zu lösen, gibt es bekanntlich auch woanders: Better Place will Batteriewechselstationen [3] an den Straßen platzieren; statt zu tanken würde dort also die komplette Batterie getauscht. Der Beweis, dass dieses Verfahren praktikabel ist, steht noch aus. Unproblematischer erscheint das Konzept des Range-Extender-Antriebs [4], bei dem ein Zusatzaggregat zur Hilfe kommt, wenn die Batteriekapazität zur Neige geht. Im ersten Schritt wird man Verbrennungsmotoren für diesen Zweck verwenden, mittelfristig wären auch Brennstoffzellen vorstellbar. IAV und Co. wollen dagegen gewissermaßen die Fahrbahn als Range Extender für Elektroautos nutzen.
Die Straße als Range Extender
Ab auf die Tankspur
Das könnte zum Beispiel so aussehen: Wenn man eine längere Fahrt auf der Autobahn unternimmt, reiht man sich bei Bedarf auf der rechten Spur ein, um während der Fahrt „Strom zu tanken“. Dort ist wie auf der Modellbahn ein elektrischer Primärleiter verlegt, der ein magnetisches Feld erzeugt. Als Gegenstück ist am Fahrzeugboden ein Abnehmer verbaut, in den der Strom für den Antrieb induziert wird. Und da der Primärleiter auch ein Steuersignal übertragen kann, macht es sich der Fahrer ein bisschen gemütlich, denn das Auto fährt nun auf einer virtuellen Schiene, wie man es bereits heute von Transportfahrzeugen in Lagerhallen und Fabriken kennt. Die Verbindung erfolgt dabei wie gesagt berührungsfrei, laut IAV wäre mit nur 10 Prozent Leistungsverlust zu rechnen. Das ist allemal erheblich weniger als die Verluste, wie sie in Summe bei einem „herkömmlichen“ Range Extender auftreten. Konsequent weitergedacht ist dieses Prinzip auch stationär anwendbar, also beispielsweise in der Garage, doch dazu später.
Teilverdrahtet
Auf der „Modellbahn“ in Hannover ist die Ladestrecke erstaunlich kurz, das soll zum Laden reichen? Auf Nachfrage beziffert ein Sprecher der IAV das Verhältnis von Leistungsangebot (in diesem Fall 20 Watt) zu Leistungsbedarf mit 5:1. Auch in der Realität würde man also nicht die gesamte Autobahn „verdrahten“ müssen, sondern nur Teilstücke. Auf Stadt- und Landstraßen würden ohnehin die Regeln für normale Elektroautos gelten: Dort könnte der Autofahrer sein Fahrzeug zum Beispiel in der Garage, bei der Arbeit oder beim Einkaufen stationär laden – so wie es derzeit in verschiedenen Feldversuchern der Autobauer und Energieversorger erprobt wird. Bis 2050 sei eine solche Technik möglicherweise realisierbar, bis dahin gibt es sicherlich auch geeignete Steuerungsmöglichkeiten. Denn das Auto müsste natürlich „wissen“, wann Ladebedarf besteht und wie weit es bis zur nächsten Ladestrecke ist. Hierzu ist eine Verknüpfung mit dem Navigationssystem sinnvoll, damit man nicht doch mit leerer Batterie liegenbleibt.
Die Straße als Range Extender
Die Industrie macht es vor
Dabei ist die Technik prinzipiell vorhanden. Unter der Bezeichnung CPS (Contactless Power System) bietet die Firma Vahle [5] sie bereits an – sie wird in der Industrie bereits eingesetzt und ist übrigens auch in der gezeigten Modellbahn verbaut. Auch das IMAB [6] der TU Braunschweig befasst sich damit und hat zum Beispiel auch ein Projekt vorgestellt, bei dem Straßenbahnen ohne Oberleitungen fahren können. In einem Artikel [7] der Braunschweiger Zeitung geht Professor Jürgen Meins, Leiter des IMAB, auch auf Sicherheitsfragen ein. So soll immer nur der Leitungsabschnitt direkt unter dem Fahrzeug aktiviert werden, den das stehende oder fahrende Fahrzeug abdeckt. Das gilt für die Straßenbahn ebenso wie für ein Auto, hier wird aber die Leistungsabgabe deutlich niedriger sein. Die elektromagnetische Strahlung würde dabei etwa bis zur Kniehöhe gehen, so ein Sprecher der IAV. Das könnte dafür sprechen, im Stand doch eher „konventionelle“ Steckerlösungen zu wählen, damit es sich Lumpi beim abendlichen Laden nicht versehentlich unter dem Auto gemütlich macht – andererseits ist der Leistungsbedarf einer Straßenbahn [8] auch deutlich höher.
Denkanstöße
Der Zeithorizont „bis 2050“ deutet es bereits an: Mit der Modellbahn auf der Hannover-Messe wollen IAV, Vahle und das IMAB vor allem Denkanstöße geben, wie man die Reichweite von Elektrofahrzeugen verlängern könnte. Dabei sei es notwendig, mehr als bisher Kompetenzen aus unterschiedlichen Fachbereichen zusammenzuführen. Ähnlich hatte Bundespräsident Horst Köhler am 19. April bei der Eröffnung der Hannover-Messe argumentiert. Deutschland habe zwar innovative Unternehmen und eine hervorragende Forschungslandschaft. Es hapere aber immer noch an der optimalen Zusammenarbeit der verschiedenen Beteiligten. Der Automobilindustrie ist dieses Problem bekannt: Dort war es in der Vergangenheit nicht selten so, dass dem Motorenbauer seine Kollegen aus der Elektronikabteilung unbekannt waren.
(ggo [9])
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[3] https://www.heise.de/news/Better-Place-will-bei-Buendnis-fuer-Elektroauto-Standards-mitmachen-476267.html
[4] https://www.heise.de/news/Verbrennungsmotoren-bringen-Elektroautos-weiter-448779.html
[5] http://www.vahle.de/cps-/cps-funktionsprinzip.html
[6] http://www.iem.ing.tu-bs.de
[7] http://www.newsclick.de/index.jsp/menuid/2048/artid/9382973
[8] http://wwwlea.uni-paderborn.de/fileadmin/Elektrotechnik/AG-LEA/lehre/antriebe_fahrzeuge/uebung/Uebung_8.pdf
[9] mailto:ggo@heise.de
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