14.12.2018

Ergebnisse des Schnelllade-Forschungsprojekts FastCharge

Die am Forschungsprojekt FastCharge beteiligten Industrieunternehmen haben ihre Ergebnisse auf dem Gebiet der komfortablen Energieversorgung von Elektrofahrzeugen vorgestellt. Im bayerischen Jettingen-Scheppach wurde der Prototyp einer Ladestation mit einer Leistung von bis zu 450 kW eingeweiht.


Von links: Dr. Markus G├Âhring (Porsche), Frank Bauer (BMW Group), Stephan Elflein (BMW Group, FastCharge-Projektleiter), Bernhard Pufal (Allego), Gerhard Oberpertinger (Siemens) und Robert Ewendt (Phoenix Contact E-Mobility); (Bild: (Phoenix Contact)

In diesem Projekt entstandene Elektro-Forschungsfahrzeuge demonstrieren an dieser Ultra-Schnellladestation Ladezeiten von weniger als 3 Minuten f├╝r die ersten 100 Kilometer Reichweite bzw. 15 Minuten f├╝r einen vollen Ladevorgang (10 bis 80% State of Charge, SOC).


Die Ladestation ist f├╝r Elektro-Modelle aller Marken mit der in Europa ├╝blichen Typ-2-Variante des weltweit verbreiteten Combined Charging System (CCS) geeignet und kann ab sofort kostenlos genutzt werden. Um die beim schnellen Aufladen mit besonders hoher Leistung auftretenden Anforderungen zu erf├╝llen, kommen gek├╝hlte HPC-Ladekabel (High Power Charging) von Phoenix Contact zum Einsatz, welche vollst├Ąndig CCS-kompatibel sind.


Das im Juli 2016 gestartete Forschungsprojekt FastCharge wird von einem Industriekonsortium unter der F├╝hrung der BMW Group betrieben, dem Allego, Phoenix Contact E-Mobility sowie Porsche und Siemens angeh├Âren. FastCharge wird mit insgesamt 7,8 Millionen Euro durch das Bundesministerium f├╝r Verkehr und digitale Infrastruktur gef├Ârdert. Die Umsetzung der F├Ârderrichtlinien wird von der Nationalen Organisation Wasserstoff- und Brennstoffzellentechnologie (NOW) koordiniert.


Mit schnellem und komfortablem Aufladen ...

steigt die Attraktivit├Ąt von Elektromobilit├Ąt. Die Steigerung der verf├╝gbaren Ladeleistung auf bis 450 kW ÔÇô dem Drei- bis Neunfachen der an bisherigen DC-Schnellladestationen maximal verf├╝gbaren Leistung ÔÇô erm├Âglicht eine deutliche Verk├╝rzung der Ladezeiten. Im Rahmen von FastCharge wird untersucht, welche technischen Voraussetzungen an Fahrzeugen und Infrastruktur erf├╝llt werden m├╝ssen, um die extrem hohen Ladeleistungen einsetzen zu k├Ânnen. Die Basis bildet eine leistungsstarke Ladeinfrastruktur.


Das im Projekt eingesetzte Energieversorgungssystem von Siemens erm├Âglicht es, die Grenzen der Schnellladef├Ąhigkeit der Fahrzeugbatterien zu erproben. Es kann schon heute mit h├Âheren Spannungen von bis zu 920V arbeiten, wie sie bei zuk├╝nftigen Elektrofahrzeugen erwarten werden. In das System wurden sowohl die Hochleistungselektronik f├╝r die Ladeanschl├╝sse als auch die Kommunikationsschnittstelle zu den Elektrofahrzeugen integriert.



Dieser Lade-Controller ...

sorgt f├╝r eine automatische Anpassung der abzugebenden Leistung, so dass verschiedene Elektroautos mit einer Infrastruktur geladen werden k├Ânnen. Die flexible, modulare Architektur des Systems erlaubt es au├čerdem, mehrere Fahrzeuge simultan zu laden. Dank des Ladens mit hohen Stromst├Ąrken und Spannungen erm├Âglicht es unterschiedliche Einsatzgebiete, etwa f├╝r Flottenladel├Âsungen oder, wie in diesem Fall, das Laden an Autobahnen.


F├╝r den Anschluss an das ├Âffentliche Stromnetz in Jettingen-Scheppach wurde im Projekt ein Ladecontainer mit zwei Ladeanschl├╝ssen realisiert: Ein Anschluss hat eine bisher einmalige Ladeleistung von max. 450 kW, der Zweite gibt bis zu 175 kW ab. Beide Lades├Ąulen k├Ânnen ab sofort kostenlos mit allen CCS-f├Ąhigen Fahrzeugen genutzt werden.



Die jetzt vorgestellten Lades├Ąulen-Prototypen ...

von Allego nutzen die Ladestecker des Combined Charging System (CCS) in der Typ-2-Variante f├╝r Europa. Dieser Ladestandard hat sich bereits bei einer Vielzahl von elektrifizierten Fahrzeugen bew├Ąhrt. Um die beim schnellen Aufladen mit besonders hoher Leistung auftretenden Anforderungen zu erf├╝llen, kommen gek├╝hlte HPC-Ladekabel (High Power Charging) von Phoenix Contact zum Einsatz, welche vollst├Ąndig CCS-kompatibel sind.


Als K├╝hlfl├╝ssigkeit wird ein umweltfreundliches Wasser-Glykol-Gemisch verwendet, wodurch der K├╝hlkreislauf halboffen gestaltet werden kann. Dadurch ist die Wartung im Gegensatz zu hermetisch geschlossenen Systemen, die mit ├ľl arbeiten, vergleichbar einfach, z. B. wenn K├╝hlfl├╝ssigkeit nachgef├╝llt wird.


Eine Herausforderung bestand darin, die in der Ladeleitung befindlichen K├╝hlschl├Ąuche beim Anschlie├čen an die Lades├Ąule nicht zu quetschen, wie es mit einer herk├Âmmlichen Kabelverschraubung passieren w├╝rde. In diesem Fall w├╝rden der K├╝hlfluss und damit die K├╝hlleistung beeintr├Ąchtigt werden. Dieses Problem wurde von Phoenix Contact durch eine speziell entwickelte Wanddurchf├╝hrung mit definierten Schnittstellen f├╝r Leistungs├╝bertragung, Kommunikation und K├╝hlung sowie integrierter Zugentlastung gel├Âst.


Je nach Fahrzeugmodell kann die neue Ultra-Schnellladestation sowohl f├╝r Fahrzeuge mit 400-V- als auch 800-V-Batteriesystemen eingesetzt werden. Ihre Ladeleistung passt sich automatisch der maximal zul├Ąssigen Ladeleistung des Fahrzeugs an. Die Zeitersparnis, die durch h├Âhere Ladeleistungen erzielt werden kann, l├Ąsst sich am Beispiel des BMW i3 Forschungsfahrzeugs darstellen.


F├╝r einen Ladevorgang von 10 bis 80% SOC der Hochvoltbatterie mit 57 kWh Netto-Kapazit├Ąt werden 15 Minuten ben├Âtigt. Dies kann fahrzeugseitig durch den speziell entwickelten Hochvoltspeicher in Kombination mit einer intelligenten Ladestrategie erreicht werden. Dazu z├Ąhlen u.a. die genaue Vorkonditionierung der Speichertemperatur bei Ladestart, Temperaturmanagement w├Ąhrend des Ladevorgangs und ein perfekt abgestimmtes Profil der Ladeleistung ├╝ber Zeit.



Der Ladevorgang erfolgt ...

├╝ber ein neuartiges fahrzeugseitiges Mehrspannungsnetz mit Hochvolt-DC/DC-Wandler (HV-DC/DC), indem die geforderte 800-V-Eingangsspannung der Lades├Ąule auf die niedrigere 400-V-Systemspannung des BMW i3 Forschungsfahrzeugs transformiert wird. Durch den HV-DC/DC kann das Fahrzeug auch r├╝ckw├Ąrtskompatibel an allen alten und zuk├╝nftigen Ladestationen Strom tanken. Entscheidend f├╝r einen zuverl├Ąssigen Betrieb ist die gesicherte Kommunikation zw. Fahrzeug und Lades├Ąule. Deswegen werden ebenso Standardisierungsthemen zur Interoperabilit├Ąt erforscht und in Normierungsgremien gebracht.


Das Porsche Forschungsfahrzeug mit einer Netto-Batteriekapazit├Ąt von ca. 90 kWh erreicht eine Ladeleistung von ├╝ber 400 kW und erm├Âglicht damit Ladezeiten von unter 3 Minuten f├╝r die ersten 100 km Reichweite.


 


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