Matrix Charging - Automatisiert konduktives Laden

Das induktive, berührungslose Laden wurde lange Zeit, neben dem wesentlich aufwändigeren robotergestützten elektrischen Laden, als "die" nächste Innovationstufe diskutiert.

Das induktive Laden wird häufig bei Geräten im Haushalt (bspw. bei der elektrischen Zahnbürste oder beim Handy) angewendet, hat aber einen großen Nachteil: Ein großer Teil der Energie wird beim Laden in Wärme umgewandelt und geht ungenutzt verloren. Konduktive Ladeverfahren haben gegenüber induktiven Verfahren einen deutlich höheren Wirkungsgrad bei der Übertragung der Energie. Sie ermöglichen durch weitaus höhere Übertragungsleistungen auch deutlich schnellere Aufladungen der Fahrzeugbatterie. Um neben der Effizienz in der Energieübertagung auch die Barrierefreiheit zu erhalten und die allgemeine Akzeptanz von E-Fahrzeugen zu steigern, braucht es zukünftig innovative Ladelösungen wie zum Beispiel Matrix Charging.

Die Firma Easelink, ein High-Tech Unternehmen aus Graz, arbeitet seit längerer Zeit an einem Ladesystem, welches die Vorteile des kabelgebundenen Ladens mit jenen des induktiven Ladens verbindet. Beim Matrix Charging, einem automatisiert konduktiven Ladesystem, wird vollautomatisiert eine konduktive Ladeverbindung zwischen Fahrzeug und stationärer Ladeeinheit hergestellt. Zur Energieübertragung wird ladeinfrastrukturseitig ein Ladepad (das sogenannte „Matrix Charging Pad“) in den Boden des Parkplatzes integriert. Fahrzeugseitig wird im Unterboden des Fahrzeuges ein Connector (der sogenannte „Matrix Charging Connector“) integriert.

Diese innovative Idee des hochkomfortablen Ladens in Kombination mit den Vorteilen einer konduktiven Verbindung hat den ÖAMTC dazu bewogen, Easelink bei der Entwicklung zur Serienreife von Matrix Charging zu unterstützen. Neben diesen Vorteilen war für den ÖAMTC vor allem aber auch der zusätzliche Aspekt der Barrierefreiheit und die vereinfachte Nutzung des Systems durch Personen im Rollstuhl ein großes Anliegen. Im Zuge der gemeinsamen Entwicklungspartnerschaft zwischen dem ÖAMTC und Easelink betreibt und testet der Mobilitätsclub Matrix Charging innerhalb seiner internen E-Flotte.

Im Vorderachsbereich des Fahrzeuges wird der Connector verbaut. Dieser kommuniziert über eine sogennante Switch Box mit dem Ladesteuergerät des Fahrzeuges. Mit der Switch Box wird dem Fahrzeugbesitzer die Möglichkeit geboten, wahlweise entweder über das Matrix Charging System zu Laden, oder ganz klassisch auf das kabelgebunde Ladesystem zurückzugreifen.

Parkplatzseitig wird das Ladepad angebracht. Das Ladepad kann wahlweise entweder bündig im Parkplatz eingelassen oder auf der Parkplatzoberfläche angebracht werden. Das Matrix Charging Pad ist besonders robust. Es bietet eine Radlast-Überfahrbarkeit von bis zu 2500 kg und ist für Outdoor Anwendung bei allen Witterungseinflüssen konzipiert worden. Aufgrund der flachen Bauweise bzw. der möglichen Montage bündig im Parkplatz, wird eine gefährliche Stolperfalle vermieden. Zudem wird keine zusätzliche Fläche für die Aufstellung einer Ladesäule benötigt. Damit ist diese Technologie barrierefrei und der weitere Verbau von wertvollen Bewegungsflächen für Fußgänger im urbanen Raum durch Ladeinfrastruktur wird vermieden.

Über einen Knopf in der Fahrgastzelle, das sogenannte „User Interface“, wird der Ladevorgang gestartet. Sobald das Fahrzeug über dem Ladepad positioniert ist, wird die Kommunikation zwischen Ladepad und Connector aufgebaut. Sind alle laderelevanten Parameter erfüllt, wird die Klappe des Connectors geöffnet und durch einen Luftstrom wird der Faltenbalg mit integrierten Ladekontakten auf das Ladepad abgesetzt. Durch einen Mechanismus der im Connector integriert ist, wird eine vertikalen Rotationsbewegung ausgelöst.

Dadurch wird der Faltenbalg auf das Ladepad aufgebracht und die elektrische Verbindung wird aufgebaut. Um Wasser bzw. grobe Verunreinigungen wie bspw. Laub oder Schmutz auf der Ladepadoberfläche zu beseitigen, wird beim Absenken des Connectors (vertikale Rotationsbewegung) ein Luftstrom an der Unterseite des Faltenbalges gezielt durch kleine Öffnungen geleitet. Durch den dadurch entstehenden Ausströmdruck wird das Ladepad von grobem Schmutz gereinigt. An der Unterseite des Connectors sind auch Reinigungslamellen angebracht, mit deren Hilfe durch das Aufsetzen bzw. das Weiterdrehen auf dem Ladepad diverse Fremdkörper (z.B. Sand und kleine Steine) gelöst werden können.

Der Connector setzt auf dem Ladepad auf und wird anschließend richtig positioniert. Der Faltenbalg ist flexibel und kann auch eine leichte Schrägstellung vom Fahrzeug ausgleichen. Sind die im Faltenbalg integrierten Kontakte mit den Kontakten auf dem Ladepad übereinstimmend, werden durch eine selektive Schaltung die Ladekontakte bestromt und der Ladevorgang wird gestartet. Durch die selektive Beschaltung des Ladepads ist eine maximale Sicherheit für Mensch und Tier gegeben.

Aufgrund des kompakten Designs kann das Matrix Charging System in eine Vielzahl unterschiedlicher Fahrzeugmodelle integriert werden. Für die Serienlösung ist es darüber hinaus möglich, die Geometrie fahrzeugherstellerspezifisch anzupassen.