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Elektromobilität: 120 Kilowatt ohne Kabelanschluss

Auto einparken, weggehen und eine halbe Stunde später ist der Akku wieder aufgeladen, ganz ohne Kabel. Forscher demonstrieren Stromübertragung über eine 20-Zentimeter-Luftstrecke mit nur 3 Prozent Energieverlust.

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Gut abgestimmte Kupferspulen sind die Grundlage der drahtlosen Stromübertragung
Gut abgestimmte Kupferspulen sind die Grundlage der drahtlosen Stromübertragung (Bild: Oakridge National Laboratory)

Ingenieure vom amerikanischen Oakridge National Laboratory entwickeln derzeit Möglichkeiten, mit denen Autos während der Fahrt kabellos aufgeladen werden könnten. Die Technologie ist noch weit von diesem Ziel entfernt. Bisher könnten damit nur Fahrzeuge im Stand aufgeladen werden. Aber 2016 demonstrierten sie bereits ein 20-Kilowatt-System, das in ein Auto eingebaut wurde. Inzwischen erreichen die Testsysteme 50 Kilowatt und sogar 120 Kilowatt Leistung bei einem Abstand von 20 Zentimetern und das mit einer Effizienz von 97 Prozent.

Inhalt:
  1. Elektromobilität: 120 Kilowatt ohne Kabelanschluss
  2. Gutes Timing sorgt für Effizienz

Anders als bei der drahtlosen Übertragung von Strom zu kleinen Endgeräten wie Handys lassen sich größere Systeme besser auf hohe Effizienz optimieren, vor allem wenn Kosten noch keine Rolle spielen. Um den Autofahrern den Anschluss eines Stromkabels oder eines anderen elektrischen Kontaktes beim Parken zu ersparen, kommt eine resonante induktive Kopplung zum Einsatz.

Zwei Spulen schwingen im gleichen Takt

Das Prinzip benötigt zwei elektrische Spulen. Sobald Spannung an eine Spule angelegt wird, beginnt ein Strom zu fließen, der ein Magnetfeld in der Spule aufbaut. Ohne die Spannung würde der Strom anschließend dennoch weiter fließen, weil die Energie im aufgebauten Magnetfeld abgebaut wird und diesen Stromfluss induziert. Wird an die Spule noch ein Kondensator angeschlossen, dann kann er die Energie von diesem induzierten Stromfluss in einem elektrischen Feld speichern, eine Spannung aufbauen und den Strom in umgekehrter Richtung wieder durch die Spule fließen lassen.

Spule und Kondensator bauen so gegenseitig immer wieder elektrische und magnetische Felder auf, das System beginnt zu schwingen. Nur der elektrische Widerstand sorgt dafür, dass diese Schwingung irgendwann aufhört, wenn sie nicht von einer anderen Energiequelle immer wieder angestoßen wird. Interessant wird es, wenn sich eine zweite Spule mit Kondensator in dem Magnetfeld befindet, das von der ersten Spule aufgebaut wurde.

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Durch das Magnetfeld fließt dann in der zweiten Spule Strom, so dass die zweite Spule etwa von einem Akkuladegerät als Energiequelle genutzt werden kann. Wegen der Kopplung der beiden Magnetfelder muss natürlich die Energiequelle der ersten Spule jetzt mehr Leistung bringen, um die Energie zu ersetzen, die an den Stromkreis an der zweiten Spule verloren gegangen ist.

Andererseits sorgt der Stromfluss in der zweiten Spule dafür, dass die ihr eigenes Magnetfeld erzeugt und so den Stromfluss in der ersten Spule stört, was wiederum den Aufbau von deren Magnetfeld stört und so weiter. Das hat den Vorteil, dass sich die Felder teilweise gegenseitig auslöschen und so viel weniger Energie in die Umgebung entweicht. Der Nachteil ist, dass die gegenseitige Störung der Spulen auch die elektrische Schwingung in den beiden Spulen beeinflusst. Zum einen verändert sich die Frequenz der Schwingung, zum anderen auch die Impedanz, der Stromwiderstand des Wechselstroms. Neben dem einfachen ohm'schen Stromwiderstand gehört dazu auch das Timing im Zusammenspiel von Stromfluss und Spannung, das zu Verlusten führen kann.

Gutes Timing sorgt für Effizienz 
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berritorre 07. Nov 2018

Schon klar. Aber hier kriegste kaum noch einen Neuwagen verkauft, wenn er keine Klima...

zuschauer 31. Okt 2018

Nur 3% Verluste? Vielleicht auf dem Verkaufsprospekt oder im Labor. "Forscher...

Torqi 31. Okt 2018

Oha, das ist ja ein ganz schönes Gruselkabinett des Halbwissens. Da es sich hier um...

bad_sign 30. Okt 2018

Danke für die Antwort

Allandor 30. Okt 2018

ähm, die kontaktlosen Ladestationen für Smartphones liegen bei ~50%. Ganz zu schweigen...


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