MagSafe für Autos: kabelloses 20-kW-Laden mit 98,5 % Effizienz

Revolution beim Laden von Elektrofahrzeugen: Das kabellose System erreicht 98,5 % Effizienz

Chinesische und britische Wissenschaftler haben ein innovatives kabelloses Ladesystem für Elektroautos mit einer Leistung von 20 kW vorgestellt, das zentrale thermische und energetische Hürden überwinden und eine beispiellose Effizienz von 98,5 % erreichen kann. Diese Entwicklung könnte die Einschränkungen für autonome Fahrzeuge beseitigen und es ihnen ermöglichen, ohne menschliches Eingreifen zu laden.

Grenzen traditioneller Technologien überwinden

Bestehende kabellose Ladesysteme verwenden häufig massive Ferritkerne. Zwar ist Ferrit bei niedrigen Leistungen effizient, doch seine Leistung sinkt beim Schnellladen deutlich: Das Material überhitzt, verliert an Effizienz und begrenzt die Leistungsdichte.

Forscher des Dongguan Institute of Materials and Technology der Chinesischen Akademie der Wissenschaften (CAS), in Zusammenarbeit mit dem Institut für Physik der CAS, der City University of Hong Kong und der Universität Cambridge, fanden eine Lösung für dieses Problem. Sie ersetzten Ferrit durch nanokristalline Legierungen auf Eisenbasis, die einer thermischen Behandlung unter Spannung unterzogen wurden. Durch Co-Design von Material und System gelang es den Ingenieuren, einen Kompromiss zwischen maximaler magnetischer Permeabilität und optimaler Leistung zu erreichen.

Innovative Materialien und ihre Vorteile

Das neue System nutzt einen kompakten Magnetkernstreifen mit den Maßen 440 mm mal 330 mm bei einer Dicke von nur 4 mm. Dieses Material, dünner als Standard-Ferritplatten, hält deutlich höheren Leistungsdichten stand. Zur Optimierung der Kernstruktur setzten die Forscher auf spezialisiertes Spannungs-Glühen und eine ausgerichtete Laminierung der Bleche.

Diese technologischen Lösungen ermöglichten es, die Energieverluste im Kern auf 135 kW/m³ bei einer Frequenz von 85 kHz und einer magnetischen Flussdichte von 0,2 T zu minimieren. Dadurch erreicht das System eine Effizienz der AC-zu-AC-Umwandlung von 98,51 % sowie eine volumetrische Leistungsdichte von 9,55 kW/l. Ein weiterer wichtiger Vorteil ist die stabile thermische Beständigkeit während des Betriebs mit hoher Leistung.

Die Zukunft des autonomen Elektroverkehrs

Die Entwicklung ist Teil von Chinas ambitioniertem 5-Jahres-Plan für autonome Fahrzeuge, der vorsieht, solche Systeme bis 2030 flächendeckend auf wichtigen Autobahnen einzuführen. Das Dongguan-Institut arbeitet bereits an der Kommerzialisierung der Technologie, die sich nicht nur an elektrische Pkw, sondern auch an industrielle Nutzfahrzeuge richtet.

Die Forschungsergebnisse wurden im renommierten Fachjournal Nature veröffentlicht.