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Autobatterien laden bald während der Fahrt

11 September, 2021
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HEVO lizenziert kabellose Hochleistungstechnologie zum Aufladen von Fahrzeugen

Das ORNL hat seine drahtlose Hochleistungstechnologie zum Aufladen von Fahrzeugen an HEVO lizenziert. Dazu gehört auch der Oak-Ridge-Konverter, der die Größe der Infrastruktur für die Stromübertragung vom Netz zum Fahrzeug verringert und ihre Effizienz erhöht. Credit: Carlos Jones/ORNL, U.S. Dept. of Energy.

30. August 2021

Das Oak Ridge National Laboratory des US-Energieministeriums hat seine drahtlose Ladetechnologie für Elektrofahrzeuge an das in Brooklyn ansässige Unternehmen HEVO lizenziert. Das System bietet die weltweit höchste Leistung auf kleinstem Raum und könnte eines Tages das Aufladen von Elektrofahrzeugen während der Fahrt auf der Autobahn ermöglichen.

HEVO beabsichtigt, mit dem ORNL zusammenzuarbeiten, um die Entwicklung dieser wichtigen Technologie fortzusetzen und die Leistung und Effizienz bestehender Ladetechniken zu erhöhen.

“Hocheffizientes kabelloses Laden ist eine bahnbrechende Technologie, die die Reichweitenangst von Elektrofahrzeugen lindern und die Bemühungen der USA zur Dekarbonisierung des Verkehrssektors unterstützen kann”, sagte Xin Sun, stellvertretender Laborleiter für Energiewissenschaft und -technologie am ORNL. “Wir freuen uns, dass eine weitere unserer Technologien in den privaten Sektor übergeht, wo sie neue grüne Arbeitsplätze schaffen und die Ziele der Nation für saubere Energie unterstützen kann.”

Die Lizenz umfasst die einzigartige mehrphasige elektromagnetische Spule des ORNL, die mit 1,5 Megawatt (1.500 Kilowatt) pro Quadratmeter die höchste verfügbare Oberflächenleistungsdichte aufweist – acht- bis zehnmal höher als die derzeit verfügbare Technologie. Diese Oberflächenleistungsdichte ermöglicht höhere Leistungen in einer dünneren, leichteren Spule, wodurch das Problem des zusätzlichen Gewichts, das die Reichweite von Elektrofahrzeugen beeinträchtigt, gelöst wird.

Die Lizenz umfasst auch den Oak-Ridge-Konverter des ORNL, der eine der für die kabellose Energieübertragung erforderlichen Energieumwandlungsstufen überflüssig macht, was zu einer kompakteren und weniger kostspieligen stationären Infrastruktur führt.

Die ORNL-Technologie ermöglicht ein sehr schnelles freihändiges Aufladen und sogar ein Aufladen während der Fahrt, so dass die Fahrzeuge während der Fahrt auf speziell ausgerüsteten Straßen wieder aufgeladen werden können.

Im Rahmen der Lizenz wird HEVO mit dem ORNL zusammenarbeiten, um die Technologie weiterzuentwickeln und sie zur Marktreife zu bringen.

In einer kürzlichen Ankündigung zur Unterstützung der Markteinführung gab Energieministerin Jennifer Granholm einen DOE Technology Commercialization Fund Award bekannt, in dessen Rahmen HEVO und ORNL gemeinsam ein kabelloses 300-kW-Ladesystem entwickeln und demonstrieren werden, das auf dem ORNL-Konverter und der zugehörigen Leistungselektronik basiert.

“Das Aufladen von Elektrofahrzeugen muss einfach, nahtlos und sicher sein, um die Masseneinführung zu beschleunigen und eine autonome Zukunft vorzubereiten”, sagte Jeremy McCool, Gründer und CEO von HEVO. “Unsere Zusammenarbeit mit dem ORNL nutzt die Stärken von HEVO bei der Konzeption, Entwicklung und Vermarktung von kabelloser Ladetechnologie und -software als erstes und einziges Unternehmen weltweit, das sowohl die SAE- als auch die UL-Sicherheits- und Leistungsstandards erfüllt.”

“Gemeinsam entwickeln wir die schnellste und universellste kabellose Ladeplattform der Welt”, fügte McCool hinzu. “Mit nur einem am Fahrzeug montierten Gerät hat der Fahrer nun den Vorteil, kabellos auf allen Ebenen bis zu 300 Kilowatt zu laden, sein Haus über eine Fahrzeug-zu-Netz-Schnittstelle mit Strom zu versorgen und sogar während der Fahrt auf der Autobahn mit einem Wirkungsgrad von 90-96,5 % zwischen Netz und Batterie zu laden. All diese Funktionen sind in einem fahrzeugseitigen Paket von der Größe eines mittelgroßen Pizzakartons untergebracht und bieten die Möglichkeit, Elektrofahrzeuge aufzuladen, ohne dass ein Mensch hinter dem Lenkrad sitzt.

Das DOE hat sich zum Ziel gesetzt, im Zuge der Dekarbonisierung des nationalen Verkehrssektors ein automatisches, kabelloses und freihändiges Aufladen von Elektrofahrzeugen zu entwickeln, das mindestens so schnell ist wie das herkömmliche Betanken. Das Laden mit hoher Leistung fördert auch die Akzeptanz der Verbraucher, die sich Sorgen um die Reichweite und die Verfügbarkeit von Ladeinfrastruktur machen. Beim kabellosen Laden werden die Batterien von Elektrofahrzeugen aufgeladen, wenn die Fahrzeuge auf einer Ladestation geparkt oder über speziell ausgestattete Straßen gefahren werden, während der Strom über einen Luftspalt zwischen in den Boden eingelassenen und am Fahrzeug installierten Magnetspulen übertragen wird.

Die Ermöglichung sehr hoher Stromstärken ist für die praktische Aufladung unerlässlich.

Die meisten der heute im Handel erhältlichen Leicht-Elektrofahrzeuge verfügen über Akkus mit einer Kapazität von 30 bis 60 kWh, und die meisten Elektrofahrzeuge der oberen Preisklasse mit größerer Reichweite sind mit 100-kWh-Akkus ausgestattet. Um eine Ladezeit von 15-20 Minuten für ein 100-kWh-Batteriepaket zu erreichen, ist ein 300-kW-Ladesystem erforderlich. Wenn eine noch schnellere Ladezeit von 5-10 Minuten angestrebt wird, muss die Leistung auf ein halbes Megawatt oder mehr erhöht werden. Schwerlastfahrzeuge wie elektrische Sattelschlepper würden Batteriepakete mit einer Speicherkapazität von mehreren Hundert Kilowattstunden erfordern, was wiederum eine Aufladung im Megawattbereich voraussetzen würde, so die ORNL-Forscher.

“Ein wesentlicher Vorteil dieser Technologie besteht darin, dass sie neue Bereiche des Verkehrssektors für die Elektrifizierung erschließt”, so Burak Ozpineci, Abteilungsleiter für Fahrzeug- und Mobilitätssystemforschung am ORNL. “Es geht nicht nur darum, ein Fahrzeug wirklich schnell aufzuladen. Es geht auch darum, dass wir in der Lage sind, Langstrecken-LKWs auf Strom umzustellen, die einen beträchtlichen Teil des in diesem Land verbrauchten Kraftstoffs verbrauchen.”

Das dynamische Ladesystem, das am ORNL entwickelt wird, unterstützt ebenfalls die Elektrifizierung von Schwerlastwagen. “Derzeit benötigen diese großen Lastwagen riesige Batteriepakete, die das Gewicht und die Kosten des Fahrzeugs erheblich erhöhen”, sagte Veda Galigekere, die die ORNL-Forschungsgruppe für elektrische Antriebe leitet. “Aber mit dem dynamischen kabellosen Laden, zum Beispiel auf Autobahnen, kann man die benötigte Batteriekapazität reduzieren und gleichzeitig die Reichweitenangst lindern.”

Der Oak-Ridge-Konverter wird Teil des TCF-Projekts sein und ist Bestandteil der HEVO-Lizenzvereinbarung. Er wandelt 60-Hertz-Wechselstrom aus dem Netz direkt in Hochfrequenz-Wechselstrom um, ohne eine Zwischenumwandlung in Gleichstrom vorzunehmen. Das Design des Konverters reduziert das Gewicht, das Volumen und die Größe der stationären, netzseitigen Infrastruktur um bis zu 50 %.

“Das bedeutet, dass man auf dem eingesparten Platz in einer städtischen Garage ein weiteres Fahrzeug parken könnte, und wir bräuchten weniger Bauarbeiten, um Ladepads unter Straßen oder Parkplätzen einzubetten”, so Omer Onar, Leiter der ORNL Vehicle Power Electronics Research Group. Das ORNL arbeitet auch aktiv an Abschirmungstechnologien, um die Systemsicherheit zu gewährleisten und Interferenzen mit anderen Fahrzeugkomponenten zu reduzieren.

“Mit den Fortschritten des ORNL wird das kabellose Laden immer machbarer, praktischer und sicherer”, so Onar.

“Die Welt des Automobils wird sich in diesem Jahrzehnt schneller verändern als im letzten Jahrhundert, und wir brauchen einen grundlegenden Wandel bei der Aufladung von Elektrofahrzeugen, um das volle Potenzial dieser aufkeimenden Multi-Billionen-Dollar-Industrie zu erschließen”, sagte McCool. “Wir glauben, dass dies die Sprungtechnologie ist, die die Art und Weise, wie die Menschen leben und Geschäfte machen, weltweit verändern wird. HEVO freut sich darauf, an der Spitze dieser Bewegung zu stehen”.

Zum Forschungs- und Entwicklungsteam des ORNL gehören auch Erdem Asa, Gui-Jia Su und Mostak Mohammad. Die Arbeit wurde vom DOE Office of Energy Efficiency and Renewable Energy’s Vehicle Technologies Office und dem ORNL Laboratory-Directed Research and Development Programm unterstützt. Die Forscher nutzten die Möglichkeiten des Grid Research Integration and Deployment Center und des vom DOE benannten National Transportation Research Center am ORNL.

Informationen zur ORNL-Lizenzierung finden Sie unter www.ornl.gov/partnerships.

UT-Battelle verwaltet das ORNL für das Office of Science des Energieministeriums, dem größten Förderer der physikalischen Grundlagenforschung in den Vereinigten Staaten. Das Office of Science arbeitet daran, einige der dringendsten Herausforderungen unserer Zeit zu bewältigen. Weitere Informationen finden Sie unter energy.gov/science.

Quellen/Original/Links:
https://www.ornl.gov/news/high-power-wireless-vehicle-charging-technology-licensed-hevo

Übersetzung:
https://www.deepl.com/de/

Entwicklungs- und Forschungseinrichtung
Oak Ridge National Laboratory

Oak Ridge National Laboratory

Große Probleme lösen Das Oak Ridge National Laboratory liefert wissenschaftliche Entdeckungen und technische Durchbrüche, die erforderlich sind, um Lösungen in den Bereichen Energie und nationale Sicherheit zu realisieren und der Nation wirtschaftlichen Nutzen zu bringen. Wir befassen uns mit nationalen Bedürfnissen durch wirkungsvolle Forschung und weltweit führende Forschungszentren. Unser breites Spektrum an Partnerschaften mit anderen… Weiterlesen »Oak Ridge National Laboratory