Elektroautos in wenigen Minuten aufladen

Künftig sollen die meisten Autos nicht mehr mit einem Verbrennungsmotor, sondern mit elektrischem Antrieb unterwegs sein. Ihre Energie beziehen Elektroautos aus einer Batterie an Bord, die regelmäßig aufgeladen werden muss. Doch das kann bis zu mehreren Stunden dauern – ein Nachteil der Elektromobilität. Zwar gibt es auch Schnellladestationen, die das Auffüllen der Batterie deutlich flinker erledigen. Doch sie stellen auch weit größere Ansprüche an das Stromnetz, die sich teils nur sehr aufwendig erfüllen lassen. Wie kann diese Hürde, die bislang viele Autofahrer von der Anschaffung eines Elektrofahrzeugs abhält, überwunden werden?

Thomas Speidel, Dr. Thorsten Ochs und Stefan Reichert haben die Antwort. Sie trägt den Namen „ChargeBox“. Mit diesem innovativen System, das die drei Nominierten mit ihren Teams entwickelt haben, lässt sich fast überall und auf einfache Weise eine Möglichkeit zum schnellen Aufladen von Elektroauto-Batterien schaffen. Dafür genügt ein normaler Stromanschluss, wie er in Wohn- und Geschäftsgebäuden üblich ist – ein Aus- oder Umbau der Netzinfrastruktur ist nicht nötig. Dennoch ermöglicht es die neue Technik, Fahrzeugbatterien minutenschnell aufzuladen. Damit haben die drei Nominierten das Fundament dafür gelegt, dass sich batterieelektrische Fahrzeuge ebenso komfortabel nutzen lassen wie Autos mit Benzin- oder Dieselmotor.

In den letzten Jahren ging der angestrebte Umstieg auf die Elektromobilität nur recht zögerlich voran. Denn für viele Autofahrer ist die Hemmschwelle hoch, sich ein batterieelektrisch betriebenes Fahrzeug anzuschaffen. Neben der begrenzten Reichweite pro Batterieladung ist die lange Ladedauer in den Augen vieler Nutzer ein Problem. Hinzu kommt: Viele Elektroautofahrer haben weder zu Hause noch am Arbeitsplatz die Möglichkeit, ihren Wagen aufzuladen. Sie sind auf öffentliche Ladestationen angewiesen, etwa an Hauptstraßen oder in der Stadt. Dort soll sich das Aufladen der Batterie zudem möglichst rasch erledigen lassen. Das geht mit speziellen Schnellladestationen, die mit einer hohen Ladeleistung arbeiten. Allerdings ist das eine Herausforderung für das lokale Stromnetz. Vielerorts muss es für die Installation der Ladestation erweitert werden, häufig ist ein direkter Anschluss an das übergeordnete, regionale Mittelspannungsnetz notwendig. Das ist teuer, zeitraubend und erfordert viel Platz.

Die ChargeBox hingegen macht einen solchen Ausbau der Netzinfrastruktur überflüssig. Dafür sorgt ein ganzes Bündel an innovativen Techniken. Es umfasst einen integrierten Batteriespeicher, einen sehr kompakten und leistungsstarken elektronischen Stromwandler sowie eine daran angepasste Kühleinheit. Das zusammen nimmt nur rund anderthalb Quadratmeter Platz in Anspruch. Das System hat zwei separate Anschlüsse, mit denen sich zwei Elektroautos gleichzeitig aufladen lassen. Bei diesem parallelen Betrieb ist eine – im Vergleich zu herkömmlichen Ladestationen sehr hohe – Ladeleistung von je 160 Kilowatt möglich. Wird nur eine Ladesäule genutzt, sind sogar bis zu 320 Kilowatt nutzbar. Eine gängige Fahrzeugbatterie mit 100 Kilowattstunden Kapazität lässt sich damit innerhalb von etwa 15 Minuten zu 80 Prozent mit Energie füllen.

Ein Kernstück der neuen Technologie ist der eingebaute und auf die Hochleistungsladetechnik abgestimmte Batteriespeicher – eine Komponente, über die andere am Markt verfügbare Ladestationen nicht verfügen. Der Speicher kann 140 Kilowattstunden Energie aufnehmen, die beim Laden an die Fahrzeugbatterie weitergegeben wird. Dadurch wird das Stromverteilnetz entlastet und störende Rückwirkungen auf das Netz werden wirksam verhindert. Für ein schnelles und sicheres Aufladen entscheidend ist auch eine eigens entwickelte Leistungselektronik mit mehreren Wandlern zur stufenweisen Spannungsanpassung.