Autonomen Ladestation für Elektrofahrzeuge

Mit künstlicher Intelligenz in die Steckdose

Das Siemens Autonomous Charging System lädt alle Elektrofahrzeuge mit standardisierter CCS-Ladeanschluss. Auf der IAA Mobility in München wurde der seriennahe Prototyp vorgestellt.

Langsam fährt das Elektroauto an die Ladestation, der Ladedeckel öffnet sich. Von jetzt an übernimmt das Siemens Autonomous Charging System, eine vollautomatische Ladeeinrichtung für Elektroautos. Ein in allen Raumachsen beweglicher Roboter verbindet sich in weniger als einer Minute mit dem CCS-Ladeanschluss des Fahrzeugs und lädt mit einer Leistung bis zu 300 Kilowatt dessen Batterien auf. Nach einiger Zeit – abhängig von der Kapazität und dem Ladezustand der Batterien und der zulässigen Ladehöchstleistung des Fahrzeugs – löst der Roboter wieder die Verbindung und das Auto kann vollgeladen weiterfahren.

Nicht nur für autonome Fahrzeuge

„Für autonome Fahrzeuge, also Autos, die ohne menschlichen Fahrer unterwegs sind, sind automatische Lademöglichkeiten besonders wichtig. Wie sonst sollten sie ihre Batterien nachladen?“, erklärt Stefan Perras, von der Siemens Forschungseinheit Technology. „Im normalen Straßenverkehr werden fahrerlose Fahrzeuge noch ein paar Jahre auf sich warten lassen, in abgegrenzten Anlagen, wie etwa den Verladebereich in Container-Häfen, sind sie hingegen schon heute Standard. Darüber hinaus sehen wir auch Anwendungsfälle für normale E-Autos. Für Autofahrer*innen mit körperlichen Einschränkungen etwa, ist es äußerst hilfreich, wenn sie zum Laden nicht das Fahrzeug verlassen müssen. Auch wird in den nächsten Jahren der Schwerlastverkehr zunehmen elektrifizieren werden, da ab 2025 die EU-Flottengrenzen, die den zulässigen CO2-Ausstoß limitieren, auch für diese Fahrzeuge gelten. Die Logistikunternehmen fordern jedoch, dass die 45-minütigen Zwangspausen, die die Fahrer ohnehin alle viereinhalb Stunden einlegen müssen, ausreichen, um die Fahrzeuge zu laden. Das geht nur mit Ladeleistungen von 1-3 Megawatt, die wiederum nur mit so dicken und schweren Ladekabeln möglich sind, dass Menschen ohnehin auf Unterstützung angewiesen sind.“

Geschwindigkeit braucht Kabel

Der Markt fordert daher diese gewaltigen Ladeleistung. Aus diesem Grund ist zum Beispiel induktives Laden, bei dem das Auto zum Laden nur in einem bestimmten Bereich halten muss – was ja gerade für autonome Fahrzeuge praktisch wäre – oftmals ungeeignet. Denn induktives Laden hat eine deutlich geringere Effizienz und man erreicht nur einen Bruchteil der Ladeleistung, die über konduktives Schnellladen mit Kabel möglich ist. Das Siemens Entwicklerteam arbeitet deshalb auch schon an der nächsten Generation des Laderoboters, der dann eine Ladeleistung von 1 MW erreichen wird.

Mit künstlicher Intelligenz Position und Ausrichtung bestimmen 

Ein Ladekabel mit der Steckdose am Auto zu verbinden – also genau positioniert und gerade Stecker und Dose ineinander zu drücken – ist für Menschen meist eine leichte Aufgabe, für Maschinen hingegen eine echte Herausforderung. Die Steuerung muss in der Lage sein, die Steckdose am Fahrzeug zu erkennen, auch bei Dunkelheit, Regen, Schneefall oder Nebel. Und sie muss in der Lage sein, die genaue Lage der Steckdose zu ermitteln. „Je nach Fahrzeugtyp – vom Sportwagen bis zum Truck – sind die Ladesteckdosen an unterschiedlichen Stellen des Autos auf unterschiedlichen Höhen eingebaut, manchmal auch leicht nach oben geneigt. Dann parken die Fahrzeuge mit unterschiedlichen Abständen zur Ladeeinrichtung oder sie stehen leicht schräg geparkt. Von all diesen Faktoren hängt ab wie der Ladestecker bewegt werden muss, um ihn mit der Ladeanschluss zu verbinden.“, erklärt Perras. „Wir verwenden dafür optische Sensoren und künstliche Intelligenz, die wir darauf trainiert haben, auf Bildern die Ladesteckdosen zu erkennen und die genaue Position und Ausrichtung festzustellen. Mit diesen Daten berechnen wir, wie sich der Roboter bewegen muss, um Auto und Ladeeinrichtung zu verbinden und steuern die Achsen dann entsprechend mit unserer Siemens Automatisierungstechnik“.

„Das Siemens Autonomous Charging System ist für autonome Fahrzeuge besonders interessant. In autonomen Fahrzeugen gibt es keinen Fahrer im Auto. Denken Sie an eine Flotte, wer könnte das Aufladen übernehmen? Dasselbe gilt auch für eine Bus-, Taxi- oder LKW-Flotte“, bemerkt Roland Busch bei einer Besichtigung der Demo-Anlage in München. „Hinter der Entwicklung steht eine enorme Teamleistung von Experten unterschiedlicher Ausrichtungen: Der Automatisierungstechnik von Siemens, unterstützt durch Robotik-, Sensoren- und AI-Kompetenz und dann die Ladetechnologie. Alles das zusammen bildet die Grundlage für unsere autonome Ladestation, die es so noch nicht auf dem Markt gibt. Das ist die Zukunft der Ladeinfrastruktur.“

Das Entwicklerteam hat das System bereits unter realen Bedingungen getestet und ist dazu eine Kooperation mit dem schwedischen LKW-Hersteller EINRIDE eingegangen. Dieser ist Technologieführer bei autonomen Schwerlastfahrzeugen und hat als erster weltweit eine entsprechende Straßenzulassung erhalten.

Der seriennahe Prototyp des Siemens Autonomous Charging Systems, wurde im September 2021 auf der IAA Mobility in München offiziell der Öffentlichkeit vorgestellt.

Aenne Barnard  September 2021

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