- Forschungsteam entwickelt 20-kW-Kabellos-Ladesystem mit 98,51 % Effizienz.
- Neue Technologie soll Abhängigkeit selbstfahrender E-Autos vom manuellen Laden beseitigen.
- Team nutzt eisenbasierte Nanokristallin-Legierung zur Lösung von Überhitzung und Effizienzsteigerung.
- Technologie anwendbar auf diverse automatisierte Verkehrsmittel, Vorstoß in kommerzielle Produktion.
Ein gemeinsames Forschungsteam aus China und Großbritannien hat ein 20-kW-Kabellos-Ladesystem entwickelt, das speziell für New-Energy-Fahrzeuge konzipiert ist und entscheidende Wärme- und Effizienzbarrieren bei der induktiven Stromübertragung durchbricht. Das 20-Kilowatt-Kabellos-Ladesystem erreichte eine beispiellose Effizienz von 98,51 %. Die Forschung wurde vom Dongguan Institute of Materials Science and Technology, einer Einrichtung der Chinese Academy of Sciences (CAS), geleitet und in Zusammenarbeit mit dem Institute of Physics der Chinese Academy of Sciences, der City University of Hong Kong und der University of Cambridge durchgeführt.
Die Lade-Herausforderung bei selbstfahrenden Autos
Während selbstfahrende Elektroautos komplexe Straßen bewältigen können, wird ihre Autonomie eingeschränkt, sobald manuelles Stecker-Laden erforderlich wird. Diese Abhängigkeit vom Menschen stellt eine erhebliche Hürde für den vollautomatisierten Verkehr dar. Die neu entwickelte automatische Kabellos-Ladetechnologie zielt darauf ab, diese Beschränkung zu beseitigen und autonomen Flotten den Betrieb und das „Tanken“ ohne menschliches Eingreifen zu ermöglichen.
Herkömmliche kabellose Ladepads nutzen hauptsächlich schwere Ferritkerne zur Führung des Magnetfelds. Zwar funktioniert Ferrit bei niedriger Leistung gut, doch bei Leistungssteigerung für schnelles Autoladen entstehen Überhitzung, Effizienzverlust und begrenzte Leistungsdichte. Die Forscher lösten dieses Problem durch den Einsatz von spannungsgeglühter eisenbasierter Nanokristallin-Legierung sowie einem gemeinsamen Material-System-Design. Das Team erklärte: „Wir berichten über ein induktives Ladesystem, das eisenbasierte Nanokristallin-Legierung nutzt und durch gemeinsame Optimierung auf Material- und Systemebene entwickelt wurde.“
Die Ingenieure trafen eine überraschende Designentscheidung: Sie wählten eine moderate Permeabilität statt des Maximalwerts, um die Systemleistung auszubalancieren. Diese Strategie ermöglichte die Entwicklung eines kompakten magnetischen Kernstreifens mit den Maßen 440 mm x 330 mm und einer Dicke von lediglich 4 mm. Das resultierende Material erreicht bei der Bewältigung hoher Leistungsdichte die halbe Leistung standardmäßiger Ferritplatten.
Die Forscher wandten einen speziellen Spannungsglühprozess in Kombination mit einer spulenaligierten Laminierung an, um die Kernstruktur zu optimieren. Diese Techniken senkten den Kernenergieverlust erfolgreich auf 135 kW/m³ unter Testbedingungen von 85 kHz und 0,2 T. Laut Studie bietet das System in seinen Spulen und Kernen eine Wechselstrom-zu-Wechselstrom-Umwandlungseffizienz von 98,51 % und erreicht eine volumetrische Leistungsdichte von 9,55 kW/L. Es bewahrt zudem zuverlässige thermische Stabilität bei Hochleistungs-Betriebszyklen. Die Studie stellt fest: „Die integrierte Material- und Elektrodesign fördert die Entwicklung induktiver Ladesysteme, die autonome Fahrzeuge und elektrische Mobilität unterstützen.“
Kommerzialisierungspotenzial der Technologie
Autonomes Fahren erfordert automatisches Tanken. Ohne freihändiges Laden bleiben vollautomatische Roboter-Taxi-Flotten ein schöner Traum. Diese Technologie ist auf Chinas ehrgeizigen Fünfjahresplan (2026–2030) ausgerichtet, der bis 2030 eine breit angelegte kommerzielle Nutzung des autonomen Fahrens auf städtischen Hauptstraßen und Schnellstraßen anstrebt. Autos sind erst der Anfang. Das Dongguan Institute of Materials Science and Technology hat den Prototyp in die kommerzielle Produktion überführt. Neben Personen-E-Autos zielt die Technologie auf industrielle fahrerlose Transportsysteme (AGV) in Fabriken, schweren Schienenverkehr und sogar tieffliegende Elektroflugzeuge ab.
Mit höherer Geschwindigkeit, schlankerem Profil und niedrigeren Betriebstemperaturen ebnet dieses chinesisch-britische Team den Weg für eine Welt, in der Maschinen sich im Hintergrund mühelos selbst aufladen. Die Studie wurde kürzlich in der Fachzeitschrift „Nature Communications“ veröffentlicht.
Parameter Spezifikation Ladeleistung 20 kW Effizienz 98,51 % Volumetrische Leistungsdichte 9,55 kW/L Kernenergieverlust 135 kW/m³ Testfrequenz 85 kHz Testmagnetfeldstärke 0,2 T
Auswirkungen der Kabellos-Ladetechnologie auf selbstfahrende Autos
Mit der Entwicklung selbstfahrender Elektroautos ist der Durchbruch bei der Kabellos-Ladetechnologie entscheidend für die Steigerung ihrer Autonomie. Diese neue Technologie löst nicht nur die Beschränkungen herkömmlicher Ladeverfahren, sondern unterstützt auch den Betrieb autonomer Flotten ohne Eingriffe. Durch den Einsatz fortschrittlicher Materialien und Designs gelang es dem Forschungsteam, Energieverluste zu senken und Zuverlässigkeit im Hochleistungsbetrieb zu demonstrieren. Dies hat wichtige Impulse für zukünftige Verkehrssysteme, insbesondere die Kommerzialisierung autonomer Fahrzeuge, und könnte unser Verständnis vom Laden von Verkehrsmitteln verändern.