Elektromobile

Elektroautos und die Lösung für das Akku-Problem

7 Okt , 2009  

Nach dem mit dem Twike, Cityel und Hotzenblitz schon seit einigen Jahren Elektromobile in Nischenanwendungen als Kleinserie laufen, kommen nun auch Großserienhersteller mit ernsthaften Modellen und der Absicht den Massenmarkt in den nächsten Jahren aufzurollen.

Getrieben vom letzten Ölpreis-Peak und der „CO2-Welle“ im Automobilbau hat inzwischen fast jeder Hersteller sein Elektroauto, zumindest als Studie, vorgestellt.

Nach wie vor größtes Problem bei allen Entwürfen ist immer der Energiespeicher des Autos. Die meisten Neuvorstellungen setzten auf Lithium-Polymer Akkus als Energiespeicher. Auch wenn die Entwicklung bei den Lithium-Polymer Akkus brauchbare Exemplare hervorgebracht hat, bleiben folgende ernste Probleme mit einer anspruchsvollen Lösung:

  •  Lithium-Polymer Akkus sind sehr teuer.
  •  Alle Akku-Systeme haben eine begrenzte Lebensdauer.
  •  Das Laden der Akku-Packs dauert lange.
  •  Akku-Packs sind empfindlich.
  •  Die Akku-Rohstoffe wie z.B. Lithium werden in den nächsten Jahren knapp und teuer werden.
  •  Die Energiedichte der Akkus ist nicht wirklich hoch, sprich die Akkus sind schwer.

Mein Vorschlag zur Lösung der Akku-Problematik:

Man fährt nicht alle nötige Energie mit sich in einem Akku herum, sondern überträgt die Energie dort auf den Antrieb, wo er benötigt wird – auf der Straße.

OK die Idee ist nicht neu und wird bei der Bahn, bei der Straßenbahn und auch bei O-Bussen seit Jahren verwendet. Sicher wird sich auch keine Oberleitung auf der Autobahn und Stromabnehmer auf unseren Autos durchsetzten.

Man könnte aber gut das Prinzip der kontaktlosen elektromagnetischen Übertragung, wie beim Transrapid oder im kleinen zu Hause bei der elektrischen Zahnbürste verwenden.

Transrapid SMT in Shanghai

Transrapid SMT in Shanghai

Beim Transrapid wird die gesamte elektrische Leistung über Wicklungen im  Fahrweg auf den Zug per elektromagnetischem Feld nach dem Transformator Prinzip übertragen.

Um dies Prinzip auf Elektrofahrzeuge zu übertragen, müsste man auf den wichtigsten Straßen einen kleinen Streifen auffräsen und dort Leiterschleifen verlegen. Weiterhin bräuchten die kompatiblen Elektroautos einen Spulensystem unter dem Auto, als Aufnehmer zum einkoppeln der elektromagnetischen Energie. Über eine Abstandsregelung des Aufnehmers kann der Luftspalt minimiert werden.

Die Aluminium Schleifen werden isoliert und berührungssicher in der Strasse verlegt und Streckenweise per Hochfrequenz-Generator mit Strom versorgt.

Da sicher nicht jede Straße mit solcher Technik ausgerüstet werden kann, kommt man um einen Akku im Elektroauto nicht herum. Kombiniert man diese induktive Stromversorgung mit einem kleinen Akku im Auto, hat man aber das Reichweiten- und Ladeproblem gelöst:

  • im Auto muss nur ein kleiner und damit leichter und günstiger Akku verbaut werden, mit geringer Reichweite bis zur nächsten „Hauptstrasse“
  • über die induktive Hochfrequenzeinspeisung kann der Akku während der Fahrt aufgeladen werden.
  • für Spitzenleistung kann die Einspeisung mit der Akkuleistung verstärkt werden.
  • über spezielle Parklätze kann der Akku beim Parken geladen werden – ohne Ärger mit inkompatiblen Steckern.
  • über eine Messung der Magnetfeldstärke wird das Auto per Regelung in der Spur gehalten. Den Autopiloten gibt’s quasi gratis dazu.
  • Die Abrechnung erfolgt ebenfalls drahtlos z.B. per RFID oder Funk. Die Energie wird im Auto über einen Stromzähler gemessen und die Abrechnung erfolgt über eine ID des Autos automatisch per Lastschrift oder Guthaben (Smart Metering).

… und damit könnte man auch gleich ein Modell für den Bau der Infrastruktur zeichnen. Der Bund versteigert Streckenabschnitte, die dann im Contracting von Betreibern ausgerüstet werden und ihrerseits über den Stromverkauf die Sache finanzieren. Das bringt:

  • Arbeitsplätze
  • feinstaubfreie Mobilität
  • CO2 freies Fahren, sofern der Strom vernünftig erzeugt wird
  • Unabhängigkeit von Ölpreisen und Ölimporten
  • einen deutschen Exportschlager – nachdem die FDP nun das EEG torpediert 🙁  
  • Öl kann endlich für hochwertige Dinge wie Plaste und Elaste verwendet werden und braucht nicht mehr sinnlos verbrannt werden.

Nun bleibt nur noch das Henne-Ei Problem. Wer baut die erste Strecke und wer baut das erste Elektroauto mit so einer Stromversorgung. Ideal wäre es sicher, wenn jetzt die interessierten Hersteller einen Verein gründen, der sich um eine Standardisierung, die Organisation und die Forschung kümmert.
Und der Staat könnte mit Fördermitteln die Forschung für die letzten Details bezahlen. Da wäre das Geld der Abwrackprämie tausend mal besser und nachhaltiger angelegt gewesen…   

Und damit diese Idee nicht von der Öl-Lobby per Patent in der Schublade landet, stelle ich Sie hiermit unter der Creative Commons Lizenz frei zur Verfügung und mache mit der Veröffentlichung eine Patentanmeldung möglichst unmöglich.

Creative Commons License
Dieser Werk bzw. Inhalt ist unter einer Creative Commons-Lizenz lizenziert.

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11 Responses

  1. Ulrich Lötzsch sagt:

    Wir haben noch nicht einmal flächendeckend Internet in Deutschland, zur Signalübertragung. Da kommt wer daher und will in unseren Strassen flächendeckend ein ver-netztes System installieren, zur Energieübertragung. In einer Länge von abertausenden Kilometern soll dann die Strasse die Funktion der Schiene beim Transrapid übernehmen. Dabei ist sie ja quasi der relativ teure Antrieb, nicht die paar billigen, schwebenden Waggons. Wann und unter welchem Aufwand sollten dann diese Strassen innerhalb unseres gut funktionierenden Systems „nachgerüstet“ bzw. umgebaut werden?
    Und wie soll jedes Fahrzeug billig und leicht bauen, wenn es trozdem einen Akku und Spezialkomponenten zur spezifisch regelbaren Energieeinspeisung dafür braucht?
    Merke: Eine Idee ist noch lange keine Lösung!

  2. fsc sagt:

    …ah die Diskussion kommt in Gang. Sehr schön.

    Das mit der nicht vollständigen DSL Übertragung stimmt leider.
    Allerdings wurden die flächendeckenden Maut-Überwachungs-Anlagen auch quasi unbemerkt, in kürzester Zeit, für das gesammte Autobahnnetz installiert und finanziert.

    Und das GSM oder UMTS Funknetz ist sehr gut ausgebaut und sollte zur Übertragung der komprimierten Abrechnungsdaten locker ausreichen.

    Für die Installation der Leiterschleifen, bräuchten eventuell nur „Muster“ in den Aspalt gefräst werden, die im selben Arbeitsgang wieder verschlossen werden. Mit Spezialmaschinen könnte man sicher einige Kilometer am Tag schaffen. Mit einem überschaubaren Maschinenpark hat man so innerhalb eines Jahres große Teile des Autobahnnetzes „elektrifiziert“.

    Und mein Vorschlag basiert mehr oder weniger auf normalen Autos, die mit einem Elektromotor und einem normalen Radantrieb fahren. Die Beschleunigung soll nicht über das Magnetfeld erfolgen und die Autos sollen auch nicht schweben.

    Elektromotore bestehen aus wenigen, relativ günstigen Teilen und haben eine ausgezeichnete Lebensdauer. Die Leistungselektronik die immer nötig ist im Elektroauto, bekommt „4 zusätzliche Dioden“ für die Gleichrichtung des Wechselstroms aus der Aufnehmerspule. Im Prinzip handelt es sich dabei um Low Tech.

    Auch müssen die Autos ja nicht mit den aberwitzigen 400km/h des Transrapids über die Autobahn heizen. Wobei die 400km/h im Transrapid schon nicht schlecht waren 😉 Ich hatte mal das Vergnügen auf der Teststrecke im Emsland.

    Fährt man mit dem Auto nur konstant seine 130 werden nur wenige kW benötigt. Extra Energie für das magnetische Schweben wird auch nicht benötigt. So kommt so eine Strecke mit einer Einspeiseleistung von vielleicht 100kW aus. Absoluter Standart bei aktuellen Antriebswechselrichtern. Und da man im Vergleich zum Transrapid nicht mehrere MW übertragen muss, kann das Spulensystem in der Strasse deutlich kleiner und günstiger ausgelegt werden.

    Natürlich muss eine Vergleichsrechnung aufgemacht werden, ob es lohnt hunderte Kilometer Straße mit Leiterschleifen und Wechselrichtern auszurüsten, oder ob es wirtschaftlicher und ökologischer ist Millionen von Autos mit überdimensionierten und teuren Akkus zu versehen.

    Auch hängt die Entwicklung stark von dem Fortschritt bei den Akkus ab. Wenn es in absehbarer Zeit günstige und gute Akkus gibt – ist die Diskussion hinfällig.

    Aber es lohnt über Alternativen nachzudenken. Wenn das Öl knapp wird, oder wenn Rohstoffe für leistungsfähige Akkus kanpp und teuer werden wäre eine elektrifizierte Straße eine echte Alternative für die Mobilität.

  3. […] das hört sich ja ganz so wie meine Idee von der induktiven Stromversorgung für E-Mobile an. Schön, dass Audi auch diese Technik in Betracht zieht. Nur leider noch nicht konsequent genug, […]

  4. Roland Springer sagt:

    Die Idee ist nicht neu, und sie ist immer noch gut. Die Scheu vor der Investition in die Infrastruktur sollte schnellstens überwunden werden. Wenn hier Investoren Geschäftsmöglichkeiten geboten werden, werden diese auch zugreifen. Doch dazu braucht es den politischen Willen und eventuell einen kleinen Anschubanreiz. Aber vor allem Initiative. Ich bin gerne bereit, mich mit anderen zusammenzutun um diese Initiative zu übernehmen.

  5. […] Weise hat der Hersteller Conductix Wampfler “meine” Idee von einer Induktiven Stromversorgung für Fahrzeuge schon in ein Produkt gekleidet: Inductive Power Transfer […]

  6. fnusnu.one sagt:

    Ein Problem was ich bei dieser Technik sehe ist du technische Umsetzung.

    Das Prinzip vom Transrapid, ist ja das eines Statorlinear Motors, und wenn man sowas schon mal zusammen gebastelt hat, merkt man schnell, dass durch die Induktion die wir nutzen wollen auch Wirbelströme übertragen, die das Metall sehr erhitzen. (Transrapid: Drehstrom Laufendesfeld 120° voneinander verschoben, Läufer bzw. Anker in dem Fall eine Schiene unter dem Zug, die sehr heiss wird)

    In deinem Fall sollte man das Prinzip ja wie bei der Zahnbürste mit einer Phase betreiben (die aus Plastik ist). Die Fortbewegungs Energie des „Drehstromes“ brauchen wir ja nicht mehr, dank E-Motor.
    Jedoch stelle ich mir die Frage wie lange man über so eine Station fahren müsste das der Accu wieder geladen ist, und wie gut das für den Polymer-Ion Accu ist?

    Meiner Meinung nach ist geht der Memory Effect nie 100% weg, das ist erstmal unmöglich. Lasse mich jedoch gerne umstimmen.

    Dann ist noch ein Problem der Wirkungsgrad der Ladestation, ich glaube einfach das wir in dieser „CO2-Krise“ auf unsere Energie achten sollten.
    Wenn wir nun denken wie viel Energie verloren geht, durch die Erhitzung der Spule, Metallteile usw.

    Naja, bin noch kein Inginieure also lasse ich mich gerne berichtigen!

    mfg
    fnusnu.one

  7. fnusnu.one sagt:

    ich revediere es ist möglich, jedoch anders.

    Ich adde mir den Blog, aber dafür mit größter freude!

  8. […] im Blog hatte ich meine Idee der drahtlosen Ladung von Elektroautos vorgestellt.  Offensichtlich ist die Zeit dazu schon reif, denn es gibt immer mehr Fundstellen und […]

  9. Wir haben noch nicht einmal flächendeckend Internet in Deutschland, zur Signalübertragung. Da kommt wer daher und will in unseren Strassen flächendeckend ein ver-netztes System installieren, zur Energieübertragung. In einer Länge von abertausenden Kilometern soll dann die Strasse die Funktion der Schiene beim Transrapid übernehmen. Dabei ist sie ja quasi der relativ teure Antrieb, nicht die paar billigen, schwebenden Waggons. Wann und unter welchem Aufwand sollten dann diese Strassen innerhalb unseres gut funktionierenden Systems “nachgerüstet” bzw. umgebaut werden?Und wie soll jedes Fahrzeug billig und leicht bauen, wenn es trozdem einen Akku und Spezialkomponenten zur spezifisch regelbaren Energieeinspeisung dafür braucht?Merke: Eine Idee ist noch lange keine Lösung!
    +1

  10. sukram91 sagt:

    Es gibt nicht genug Kupfer um dies umzusetzten
    Die meisten Bodenschätze in dieser Richtung hat die Telecom vergraben, und versorg sind lange nicht alle … Wir brauchen nicht mehr Bodenschätze sonder Gute Lösungen!
    Sicher das Funktioniert, doch mit welchem Aufwand und Verlusten, mann muss schon ein relativ dickes spezialkabel verlegen das mit Hf Strom betrieben wird. Das geht nicht auf beliebige Längen und nicht ohne entspechende hohe Verluste, und dabei ist noch keine Übertragung dabei.. da fährt noch nichts!

  11. […] einiger Zeit hatte ich hier im Blog meine Idee veröffentlicht, eine drahtlose Energieversorgung wie sie zum Beispiel beim Transrapid verwendet wird, auch für Elektroautos auf unseren Straßen zu […]

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