Kabelloses Laden im Auto ist bereits da - und es bleibt

Granite River Labs, GRL
Vamshi Kandalla

Wir alle haben inzwischen von Elektrofahrzeugen gehört, aber was ist mit dem kabellosen Laden von Autos? Der weltweite Markt für kabellose Kfz-Ladegeräte, der im Jahr 2022 auf 1,3 Milliarden US-Dollar geschätzt wurde, wird voraussichtlich mit einer CAGR von 21,9 % wachsen und bis 20321 eine Marktgröße von 9,5 Milliarden US-Dollar erreichen. Unterstützt wird dieses massive Wachstum durch den anschwellenden globalen Markt für Elektrofahrzeuge (EV), der Jahr für Jahr Rekorde bricht. China² beispielsweise wird bis Ende 2022 eine noch nie dagewesene Anzahl von 5,9 Millionen Elektrofahrzeugen verkaufen.

Auch der Rest der Welt hinkt nicht hinterher. Im Gegenteil, bis 2022 wurden in allen Bereichen erhebliche Fortschritte erzielt:

• In den Vereinigten Staaten wurden 807.180 vollelektrische Fahrzeuge verkauft, ein Sprung von zwei Dritteln gegenüber dem Vorjahr³.
• In Deutschland wurden 833.000 Elektroautos zugelassen, das sind 31 % aller Neuzulassungen⁴.
• In Indien stieg der Absatz von Elektrofahrzeugen um über 2000% von 19.100 im Jahr 2020 auf 442.901 im Jahr 2022⁵.
• In Süd Korea wurde der viertgrößte Exporteur von Elektrofahrzeugen, nachdem sich die Bestellungen zwischen 2019 und 2022 verdoppelt haben⁶.
• In Japan wächst der Markt für Elektrofahrzeuge ebenfalls und verdreifacht sich auf 59.000⁷.

Unterstützt wird dieser Anstieg durch einen enorm aufgeblähten Markt für kabelloses Laden, der alles von Smartphones über tragbare Geräte bis hin zu Laptops abdeckt und mit einer überdurchschnittlichen CAGR von 30 % wächst, so dass sich die Marktbewertung bis 2030 auf insgesamt 185,90 Milliarden US-Dollar belaufen wird. Da staatliche Vorschriften wie das britische 2030-Mandat zum Verbot des Verkaufs von Benzin- und Dieselautos den Übergang zu nachhaltigem Transport unterstützen, ist davon auszugehen, dass die Dynamik des kabellosen Ladens im Automobilbereich anhalten wird. 

Wie Qi2 das kabellose Aufladen von Autos lebensfähiger machen wird

Die Ankündigung des neuen Qi2 kabellosen Ladestandards durch das Wireless Power Consortium (WPC) Anfang Januar 2023 hat das Vertrauen des Marktes gestärkt, da er eine sicherere und nachhaltigere Option zur vorherigen Qi-Version 1.3.2 darstellt. Die neue Qi2-Technologie basiert auf einer proprietären Reihe von Magneten, dem sogenannten Magnetic Power Profile (MPP), das ein Magnetfeld erzeugt, das beim Einschalten Kupferspulen in Geräten mit Strom versorgt.

Der Vorteil von Qi2 MPP gegenüber seinem Vorgänger Qi 1.3, der mit dem Extended Power Profile (EPP) arbeitet, besteht darin, dass es die Effizienz der Energieübertragung von 50-60 % auf 85-90 % steigert. Diese Entwicklung wird von Elektrofahrzeugherstellern und -enthusiasten gleichermaßen begrüßt, da sie den Autofahrern eine größere Auswahl an Ladeoptionen bietet und die Rentabilität des kabellosen Aufladens von Fahrzeugen deutlich erhöht.

Anwendungsfälle für das kabellose Laden von Elektrofahrzeugen

Bislang drehte sich die Skepsis gegenüber Elektrofahrzeugen hauptsächlich um das Aufladen. Insbesondere Bedenken hinsichtlich der Sicherheit des Ladevorgangs, der Unannehmlichkeiten beim Auffinden von Ladeanschlüssen und des erheblichen Zeitaufwands für das Aufladen von Fahrzeugen, vor allem im Vergleich dazu, wie schnell Fahrer ihren Tank auffüllen können.

Doch viele dieser Einschränkungen können umgangen werden, indem sperrige Ladestationen durch kreativ integrierte Ladepads, Spulen und Stromversorgungseinheiten ersetzt werden, was mit der weiteren Verbreitung des kabellosen Qi2-Ladestandards zweifelsohne immer mehr möglich sein wird.

Straßeninfrastruktur für drahtloses Aufladen von Elektrofahrzeugen

Ein 1,6 km langer Straßenabschnitt auf der schwedischen Ferieninsel Gotland wurde im Jahr 2022 in eine Ladestation für kabellose Energie umgewandelt. Wie? Das Automobilbauunternehmen Stellantis baute 1,5 Meter lange Kupferspulen unter die Asphaltdecke.

Mithilfe der Energie, die durch Induktion zwischen fahrzeuginternen Spulen und drahtlosen Empfängern erzeugt wird, konnten die Busse mit Autobahngeschwindigkeit fahren, ohne die in ihren Batterien gespeicherte Energie zu verbrauchen.

Allerdings ist diese Methode bei langen Autobahnen kaum bezahlbar. Dennoch zeigt das Pilotprojekt das Potenzial für Energieeinsparungen an Orten wie Häfen oder Flughäfen, wo Fahrzeuge auf festen Routen über vorhersehbare Strecken fahren.

Kabelloses Laden im Fahrzeug

Elektrofahrzeuge können selbst zu Ladestationen werden. Die Hersteller nutzen die kabellose Qi-Ladetechnologie auch für Anwendungen im Fahrzeug, z. B. für Schnellladeprotokolle für Smartphones, Wearables und andere Qi-fähige Geräte.

Durch das Experimentieren mit Einzel- und Mehrfachspulendesigns versuchen die Hersteller, den aktiven Bereich der drahtlosen Ladeanschlüsse zu erweitern, um Flexibilität und Freiheit bei der Positionierung zu ermöglichen. Anstelle der heute auf dem Markt vorherrschenden flachen Ladeanschlüsse können beispielsweise spezielle Spulendesigns eine zuverlässige kabellose Aufladung auch über die unebenen Oberfläche von Handyhalterungen ermöglichen und sie so effektiv in 2-in-1-Zubehör verwandeln.

Die Rentabilität des kabellosen Ladens in Kraftfahrzeugen weiter verbessern

Im Gegensatz zu Innenräumen sind Autos größeren Schwankungen der äußeren Bedingungen wie Temperatur und Luftfeuchtigkeit unterworfen. Da die Ladegeschwindigkeiten erheblich von der internen Batterietemperatur beeinflusst werden, kann eine Feinabstimmung der Ladegeschwindigkeiten so erfolgen, dass sie auch bei hohen Temperaturen von 37-40 °C (98,6-104 °F) optimiert werden, um ein einheitlicheres Nutzererlebnis zu gewährleisten.

Aus diesem Grund wurden drahtlose Ladesender seit der Qi-Version 1.3.2 um die Unterstützung der Fremdkörpererkennung (FOD) erweitert. FOD ermöglicht die Regulierung der Ladeleistung auf der Grundlage der induktiven Kopplungstechnologie, bei der Wechselströme in den Spulen des Leistungssenders (PTx) magnetische Wechselfelder erzeugen. Durch wechselseitige Kopplung dieses Magnetfelds mit der Stromempfangsspule (PRx) kann die Energie in einen elektrischen Wechselstrom zurückverwandelt werden, der das Gerät mit Strom versorgt.

Die Menge des magnetischen Stroms, der in Elektrizität zurückverwandelt wird, wird anhand der vom PRx in Echtzeit ermittelten Werte für den Q-Faktor und die Resonanzfrequenz geregelt. Dies wird durch adaptive Algorithmen innerhalb des drahtlosen Ladesteuergeräts ermöglicht.

Der FOD ist in der Lage, eine Überhitzung von wärmeempfindlichen Metallobjekten in der Nähe von aktiven Sendern zu verhindern, indem er die Temperaturschwankungen in Abhängigkeit von den Umgebungsfaktoren reguliert und so ein optimales kabelloses Laden in einem größeren Temperaturbereich gewährleistet.

Fahren Sie mit Qi2-Tests in die Zukunft des kabellosen Ladens im Auto bei GRL

Wenn Sie der automobilen kabellosen Ladetechnik einen Schritt voraus sein wollen, sollten Sie auf den GRL-Zug aufspringen. Dort erhalten Sie Zugang zu technischen Experten, die Ihre Test- und Konformitätsverfahren durch Konnektivitäts- und Ladetestlösungen beschleunigen.

Wenden Sie sich an ein GRL-Labor in Ihrer Nähe und lassen Sie es nicht entgehen, Ihre kabellose Ladelösung für Fahrzeuge mit dem v1.3x EPP (C3-MPP) freizugeben. Unsere Zentren auf der ganzen Welt sind einige der wenigen vom WPC autorisierten Orte, an denen Sie Zugang zu den neuesten Qi2-Testdiensten für drahtloses Laden erhalten.

Weitere Informationen über die Vorbereitung Ihres Geräts auf die Qi-Zertifizierungsprüfung in unseren Labors finden Sie in unserer Wissensdatenbank, oder tragen Sie sich in unsere Verteilerliste ein, um weitere Aktualisierungen rund um das drahtlose Laden zu erhalten.

References

1. Fact MR. 2022 - 2023. Global Automotive Wireless Charger Market Outook.
2. Naina Bhardwaj. Dec 26, 2022. Electric Vehicle Industry in India: Investment Outlook and Market Profile. India Briefing.
3. Mark Kane. Feb 08, 2023. China: Nearly 6 Million Plug-In Cars Were Sold In 2022. Inside Devs.
4. Research and Markets. Jan 2022. Wireless Charging Market by Technology and Industry Vertical - Global Opportunity Analysis and Industry Forecast 2021-2030.
5. UKSIF. Mar 09 2023. Can regulation open the floodgates for green finance? Edie.
6. Giulia Carbonaro & AP. 24 Jun 2022. Wireless charging for electric cars is already here - but the technology isn’t for everybody yet. Euronews.net.
7. David Carnoy. 21 Feb 2023. Best Car Phone Mount for 2023. CNET. 
8. Wireless Power Consortium. History of the Qi specification.