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Innovationen rund ums Elektroauto
Dünne Folien, die heizen / Verbesserungen beim induktiven Laden

RobGal

Mehrere Fraunhofer-Institute stellen auf der Internationalen Automobilausstellung (IAA) in Frankfurt am Main (17. bis 27.9.2015) die nächsten Generationen von Heizungs- und Aufladesystemen für Elektroautos vor (Halle 4).
So haben Fraunhofer-Wissenschaftler auf Basis einer hauchdünnen Folie eine besonders energieeffiziente Heizung für Elektroautos entwickelt. Damit kann dem Dilemma von E-Autos entgegengewirkt werden, dass nach dem Einschalten der Heizung die Reichweite drastisch sinkt, da sie einen ansehnlichen Teil des Stromes verbraucht.

Bei Elektroautos gibt es keine Motorabwärme, die wie bei konventionellen Fahrzeugen den Innenraum wärmen könnte. Deshalb ist eine gesonderte Heizung nötig. Weil die jedoch über dieselbe Batterie mit Strom versorgt wird, die auch den Motor speist, kann man "im ungünstigsten Fall nur noch die halbe Strecke fahren", sagt Serhat Sahakalkan, Projektleiter am Stuttgarter Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung (IPA).

Um diesen Konflikt zu umgehen, haben die IPA-Forscher eine Flächenheizung auf Basis einer Folie entwickelt, die vor allem auf kurzen Strecken wirkungsvoller ist als bisherige Elektroheizungen. Dabei wird eine mikrodünne Folie mit leitfähigen Kohlenstoffnanoröhren (CNTs) beschichtet. "Die Folie wird auf die innere Türverkleidung aufgeklebt und erzeugt dort im Bereich der Armlehne in kürzester Zeit eine angenehme Wärme", erklärt Sahakalkan.

Durch ihr geringes Gewicht spart die dünne Folie zudem Energie und Kosten. Die Wärme lässt sich stufenlos regeln und wird homogen über die ganze Folienfläche an die Umgebung abgegeben. Schaltet der Fahrer die Heizung ab, kühlt das Material ebenso rasch ab, wie es sich erwärmt hat. "Diese schnellen Reaktionszeiten sind gerade für kurze Strecken wie Stadtfahrten ideal", betont der Projektleiter.

Um kabelloses, sogenanntes induktives Laden von Elektromobilen geht es beim Fraunhofer- Institut für Windenergie und Energiesystemtechnik, kurz IWES, in Kassel. Bei dieser Ladetechnik (lateinisch inducere = hineinführen) wird die Energie quasi unsichtbar durch die Luft übertragen, genauer über ein Magnetfeld. Dreh- und Angelpunkt dieser Technologie sind zwei Spulen: Die eine ist im Boden der Straße, des Parkplatzes oder der Garage eingelassen, die zweite sitzt am Unterboden des Stromers. In ihr sind die Elektronik und die Anschlüsse für verschiedene Ladekabel untergebracht.

Die Spulen bilden eine Art "Antennensystem" zur Energieübertragung. Dabei wird die Energie umso besser übertragen, je näher die Spulen beieinander liegen. Das Besondere an dem induktiven Fraunhofer-Ladesystem ist die kostengünstige Herstellung. "Wir nutzen bewusst Standardkomponenten, die bereits auf dem Massenmarkt verfügbar sind", sagte Marco Jung, stellvertretender Abteilungsleiter für Stromrichtertechnik am Fraunhofer-IWES. Außerdem setzen die Forscher leichtere und preiswertere Spulensysteme als bisher ein – mit Erfolg: "Wir erreichen einen Wirkungsgrad von 93 bis 95 Prozent – und das über den kompletten Leistungsbereich von 400 Watt bis 3,6 Kilowatt", wie René Marklein, der Projektleiter am IWES, berichtet. Das klappt selbst dann, wenn die beiden Spulen zwanzig Zentimeter voneinander entfernt sind. "Vergleichbare Systeme erreichen solch hohe Wirkungsgrade nur bei einem kleineren Abstand, was den Einsatz bei Fahrzeugen mit größerer Bodenfreiheit einschränkt."

Die Wissenschaftler haben ihr System so ausgelegt, dass es dem Fahrer eine größere Flexibilität erlaubt. Es ermöglicht nicht nur das induktive Laden, sondern verfügt auch über einen Netzanschluss, damit das Fahrzeug auch an einer üblichen Steckdose oder Ladesäule aufgeladen werden kann. Zudem kann die Fahrzeugbatterien nicht nur gefüllt, sondern auch entladen werden. Dann wird der Akku als Zwischenspeicher für überschüssigen Strom genutzt, der in das allgemeine Stromnetz eingespeist wird, wenn die Solar- und Windanlagen bei wolkenverhangenem Himmel oder bei Windstille wenig Strom erzeugen.

Daneben stellen die Fraunhofer-Wissenschaftler weitere innovative Entwicklungen rund um das Elektroauto bei der IAA vor. Angefangen vom Antriebsstrang mit luftgekühltem Radnabenmotor über eine induktive Ladesäule zum Schutz von Tieren, die wie Katzen gern unter Autos sitzen, bis hin zu Lademöglichkeiten während der Fahrt.
Quellen
    • Text: Beate M. Glaser (Kb)
    • Foto: PhotographyByMK - Fotolia.com