Draadloos je auto opladen

Mogelijkheden, knelpunten en toekomst

Hoe werkt inductieladen?

Bij draadloos opladen wordt elektrische energie via een magnetisch veld overgedragen door middel van twee spoelen: een zender en een ontvanger. In feite is sprake van een transformator die bestaat uit magnetisch gekoppelde spoelen, de primaire en de secundaire. Bij een normale transformator zijn die spoelen rondom een gesloten ijzerkern gewonden. Die kern concentreert het magnetisch veld en zorgt voor de magnetische koppeling van de beide spoelen, zonder dat die elkaar raken. Een draadloze lader kun je zien als een platgeslagen transformator zonder ijzerkern, met twee platte spoelen onder en boven met lucht daartussen. De efficiëntie van de overdracht kan verhoogd worden door gebruik te maken van resonantiecircuits. Ieder circuit van een spoel en een condensator heeft een resonantiefrequentie - de overdracht van het magnetische veld van de ene spoel naar de andere kan alleen plaatsvinden als de frequenties overeenkomen. De resonatiefrequentie is de frequentie van de wisselstroom waarbij de impedantie, de effectieve weerstand tegen een wisselstroom met een bepaalde frequentie, zo laag mogelijk is. Door een condensator toe te voegen aan elke inductiespoel is het mogelijk grotere afstanden te overbruggen. En door de waarde van de condensators aan te passen, kunnen de resonantiefrequenties op elkaar afgestemd worden, wat de overdrachtsverliezen minimaliseert.

Om draadloos laden mogelijk te maken, zijn dus twee spoelen nodig waartussen de energieoverdracht plaatsvindt. Een van de spoelen bevindt zich in de grond en is aangesloten op een stroombron. De andere spoel is aangebracht in het voertuig en is aangesloten op zowel het laadsysteem als de autoaccu. Via een magnetisch veld tussen de twee spoelen wordt energie overgedragen van de spoel in de grond naar de spoel in de auto. Net als bij een tandenborstel of smartphone zit er ruimte tussen de spoelen; direct contact is niet nodig. Bij de genoemde producten bedraagt de afstand tussen de spoelen enkele millimeters, hoewel de Qi-standaard een maximale afstand van 4cm noemt, tot 5W. Bij auto's gaat het om centimeters. Bij de huidige producten en pilots is sprake van 8 tot 20cm afstand tussen de spoelen. Het vermogen kan, net als bij bekabelde laders, variëren van 3 tot 200kW en hoger. Het concept is dus geschikt om zowel trage AC-laders te vervangen, die momenteel op straatniveau worden gebruikt, als snelladers die op basis van DC werken.

De ontvangende spoel aan de onderkant van de auto. Beeld: Qualcomm

Benodigdheden

Draadloos laden in 1894

Toepassing van de inductietechniek voor elektrische auto's is niet nieuw. Al in 1894 ontwierpen de Franse technici Maurice Hutin en Maurice Le-Blanc een apparaat om elektrische voertuigen draadloos op te laden. In die tijd was het merendeel van de auto's elektrisch aangedreven. Het algemene concept is gebaseerd op de inductiewet van Faraday en de wet van Ampère, twee van de vier wetten van de maxwelltheorie.

Om het draadloos laden van een auto mogelijk te maken, zijn extra componenten nodig. Onder de auto moet een magneetspoel gemonteerd worden, die de energie ontvangt van de spoel in de grond. Een gelijkrichter is nodig om de wisselstroom uit de spoel om te zetten in gelijkstroom voor de accu. En er is een communicatieprotocol nodig om het voertuig met het laadsysteem te laten communiceren; zie verderop. Idealiter implementeert de fabrikant deze componenten, aangezien ze best een grote impact hebben op het ontwerp van een auto. Aan de onderkant moet een inductieplaat geplaatst worden die rechtstreeks in contact moet staan met het accusysteem en de can-bus. Bij de ombouw door een derde partij kan het zijn dat een van de twee laadsystemen, AC of DC, niet meer via kabels functioneert. Tegelijk zijn de aanpassingen zo minimaal dat er meestal geen keuring door de RDW nodig is. Verder moet de weg opengebroken worden om bodemplaten te installeren, evenals andere componenten zoals omvormers.

Functioneel diagram van de standaard voor draadloos laden

Communicatie

Hoe kan worden begonnen met laden? Bij een smartphone, tandenborstel of slim horloge begint dat automatisch zodra wordt gesignaleerd dat het apparaat dicht in de buurt van een lader zit. Het laden van EV's is gebaseerd op een identificatiesysteem, omdat er vaak kosten aan verbonden zijn. Dat kan een laadpas zijn, maar ook communicatie via een kabel, zoals dat bij Tesla Superchargers gebruikelijk is en ook steeds vaker bij ccs-snelladers het geval is. Draadloos is dit ook mogelijk en daarin is zelfs al voorzien in het ISO 15118-protocol, waarin gesproken wordt over een dataverbinding. Omdat dit nog niet wordt uitgerold, verschillen de implementaties momenteel.

Tijdens een proef in Rotterdam werd bluetooth gebruikt. Als de twee spoelen goed boven elkaar zijn geplaatst, wordt via bluetooth gecommuniceerd dat begonnen kan worden met laden. BMW, dat als een van de weinige fabrikanten al een draadloze oplaadoptie aanbiedt, maakt gebruik van wifi, maar daarbij wordt uitgegaan van een thuissituatie, zoals een oprit of garage. Er zijn ook oplossingen in gebruik waarbij alsnog een kleine laadpaal met laadpas wordt gebruikt om het proces te starten.

Draadloos oplaadsysteem van de BMW 530e

• Volgende pagina 4. De praktijk