Wheel-based Induction: Elektrobusse laden induktiv über Räder

Das Spin-off der Eidgenössisch-Technischen Hochschule Zürich (ETH Zürich) Winduction hat ein kabelloses Ladesystem für Elektrobusse entwickelt. Das „Wheel-based Induction“ genannte System lädt Batterien von Elektrobussen über die Räder auf. Das umgeht das normalerweise auftretende Problem des hohen Abstands zwischen im Boden eingelassener induktiver Ladetechnik und im Fahrzeugboden befindlichen Spulen, durch die das induktive Laden ineffizient ist.

Herkömmliche induktive Ladesysteme übertragen über ein induziertes Magnetfeld Energie drahtlos. Das funktioniert etwa bei Smartphones, Smartwatches und Zahnbürsten sehr gut, weil das aufzuladende Gerät direkt auf das Ladepad gelegt wird und der Abstand zwischen den übertragenden Spulen gering ist. Je größer allerdings der Abstand zwischen den Spulen ist, desto ineffizienter ist die Energieübertragung und damit die Ladeleistung.

Laden über Fahrzeugräder

Bei Elektrobussen ist der Abstand zwischen eines im Boden eingelassenen induktiven Ladesystems und im Fahrzeugboden eingelassene Spulen recht hoch. Die Energieübertragung würde daher ineffizient ausfallen. Hier kommt Winduction ins Spiel. Die drei Gründer des Unternehmens haben sich überlegt, die Spulen nicht in den Fahrzeugboden eines Elektrobusses einzubauen, sondern in die Fahrzeugräder, die immer Kontakt zum Boden haben.

Das Grundprinzip des induktiven Ladens bleibt aber bei der Wheel-based Induction gleich. In einer Bodenplatte, die etwa in den Straßenbelag eingelassen wird, sind mehrere Spulen untergebracht und erzeugen ein Magnetfeld. Die Gegenstücke befinden sich in speziellen Busrädern. Sie nehmen den induzierten Strom auf und laden damit während eines Parkvorgangs die Busbatterien. Das Ladesystem soll nach Angaben von Winduction eine Effizienz von mehr als 90 Prozent erreichen. Weniger als 10 Prozent des Stromes, der über die in der Straße eingelassenen Ladeplatte ins System gepumpt wird, gehen dabei verloren.

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Der Vorteil der Technik ist, dass sie auch bei kurzen Ladestopps effizient Energie überträgt. Für Busse bedeutet das, dass die Batterie bei Zwischenstopps nachgeladen werden kann. Die Batterie kann deshalb kleiner ausfallen, denn sie muss nicht den gesamten Tag durchhalten, wie bei herkömmlichen Elektrobussen mit großer Batterie, die lediglich abends im Busdepot per Kabel aufgeladen werden können. Kleinere Batterien bedeuten niedrigere Anschaffungskosten.

Neue Reifen nötig

Die Ingenieure von Winduction stießen jedoch auf ein Problem: Reifen enthalten Stahlgürtel, um ihnen die nötige Stabilität zu verleihen. Stahl behindert jedoch die das Magnetfeld. Der Strom wird dann zu einem großen Teil in Wärme umgewandelt und fließt nicht in die Batterie. Derzeit arbeitet das Unternehmen mit Partnern daran, einen stahlfreien Reifen zu entwickeln. Die Kosten für einen solchen Reifen würden höher ausfallen. Allerdings falle dies im Vergleich zu anderen Ersparnissen, etwa bei den Anschaffungs- und Betriebskosten, kaum ins Gewicht, haben Berechnungen ergeben.

Die Gesamtkosten für den Betrieb eines Elektrobusses mit der passenden „Wheel-based Induction“-Ladeinfrastruktur würden merklich geringer ausfallen. Wie hoch genau, hängt allerdings von der jeweiligen Busroute ab. Darunter fällt etwa, wie viele Ladeplatten auf einer Route installiert werden müssen. Das Aufladen selbst soll allerdings billiger ausfallen als bei einem herkömmlichen System, das die Busbatterien in der Nacht am Stück per Kabel rund fünf Stunden lang auflädt. Das mehrmalige Nachladen tagsüber auf einer Busstrecke zwischen Zürich Flughafen und Zürich Oerlikon benötige bei zwei Ladeplatten auf 24 Stationen weniger Strom und lediglich drei Stunden bei 16 Stunden Betriebszeit, haben die Entwickler berechnet.

Noch befindet sich das System in einem Evaluierungsstatus. Winduction baut gerade eine Testinfrastruktur mit einer Testhaltestelle in Winterthur mit Unterstützung des Bundesamts für Verkehr und der Schweizer Klimastiftung aus. Dann sollen alle Komponenten so schnell wie möglich praktisch zusammengeführt werden, um einen solchen Elektrobus mit induktiver Ladeinfrastruktur zu verwirklichen. Das Ziel ist der Beginn eines Pilotbetriebs zur Förderung von Elektromobilität ab 2028 in der Region des Zürich Flughafens.