Elek­tro­fahr­zeu­ge der Zukunft

Die am For­schungs­pro­jekt Fast­Char­ge betei­lig­ten Indus­trie­un­ter­neh­men prä­sen­tier­ten ges­tern die jüngs­ten Fort­schrit­te auf dem Gebiet der schnel­len und kom­for­ta­blen Ener­gie­ver­sor­gung von Elek­tro­fahr­zeu­gen. Im baye­ri­schen Jet­tin­gen-Schepp­ach wur­de der Pro­to­typ einer Lade­sta­ti­on mit einer Leis­tung von bis zu 450 kW ein­ge­weiht. In die­sem Pro­jekt ent­stan­de­ne Elek­tro-For­schungs­fahr­zeu­ge demons­trie­ren an die­ser Ultra-Schnell­la­de­sta­ti­on Lade­zei­ten von weni­ger als 3 Minu­ten für die ers­ten 100 Kilo­me­ter Reich­wei­te bzw. 15 Minu­ten für einen vol­len Lade­vor­gang (10–80 % Sta­te of Char­ge (SOC)).
Die neue Lade­sta­ti­on ist für Elek­tro-Model­le aller Mar­ken mit der in Euro­pa übli­chen 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 erfül­len, kom­men gekühl­te HPC-Lade­ka­bel (High Power Char­ging) von Phoe­nix Con­ta­ct zum Ein­satz, wel­che voll­stän­dig CCS-kom­pa­ti­bel sind.
Das im Juli 2016 gestar­te­te For­schungs­pro­jekt Fast­Char­ge wird von einem Indus­trie­kon­sor­ti­um unter der Füh­rung der BMW Group betrie­ben, dem die Alle­go GmbH, die Phoe­nix Con­ta­ct E‑Mobility GmbH sowie die Dr. Ing. h. c. F. Por­sche AG und die Sie­mens AG ange­hö­ren. Fast­Char­ge wird mit ins­ge­samt 7,8 Mil­lio­nen Euro durch das Bun­des­mi­nis­te­ri­um für Ver­kehr und digi­ta­le Infra­struk­tur geför­dert. Die Umset­zung der För­der­richt­li­ni­en wird von der Natio­na­len Orga­ni­sa­ti­on Was­ser­stoff- und Brenn­stoff­zel­len­tech­no­lo­gie (NOW) koordiniert.
Mit schnel­lem und kom­for­ta­blem Auf­la­den steigt die Attrak­ti­vi­tät von Elek­tro­mo­bi­li­tät. Die Stei­ge­rung der ver­füg­ba­ren Lade­leis­tung auf bis 450 kW – dem Drei- bis Neun­fa­chen der an bis­he­ri­gen DC-Schnell­la­de­sta­tio­nen maxi­mal ver­füg­ba­ren Leis­tung – ermög­licht eine deut­li­che Ver­kür­zung der Lade­zei­ten. Im Rah­men von Fast­Char­ge wird unter­sucht, wel­che tech­ni­schen Vor­aus­set­zun­gen an Fahr­zeu­gen und Infra­struk­tur erfüllt wer­den müs­sen, um die extrem hohen Lade­leis­tun­gen ein­set­zen zu können.
Die Basis bil­det eine leis­tungs­star­ke Ladein­fra­struk­tur. Das im Pro­jekt ein­ge­setz­te Ener­gie­ver­sor­gungs­sys­tem von Sie­mens ermög­licht es, die Gren­zen der Schnell­la­de­fä­hig­keit der Fahr­zeug­bat­te­rien zu erpro­ben. Es kann schon heu­te mit höhe­ren Span­nun­gen von bis zu 920 Volt arbei­ten, wie sie bei zukünf­ti­gen Elek­tro­fahr­zeu­gen erwar­ten werden.
In das Sys­tem wur­den sowohl die Hoch­leis­tungs­elek­tro­nik für die Lade­an­schlüs­se als auch die Kom­mu­ni­ka­ti­ons­schnitt­stel­le zu den Elek­tro­fahr­zeu­gen inte­griert. Die­ser Lade-Con­trol­ler sorgt für eine auto­ma­ti­sche Anpas­sung der abzu­ge­ben­den Leis­tung, so dass ver­schie­de­ne Elek­tro­au­tos mit einer Infra­struk­tur gela­den wer­den kön­nen. Die fle­xi­ble, modu­la­re Archi­tek­tur des Sys­tems erlaubt es außer­dem, meh­re­rer Fahr­zeu­ge simul­tan zu laden. Dank des Ladens mit hohen Strom­stär­ken und Span­nun­gen ermög­licht es eine Viel­zahl unter­schied­li­cher Ein­satz­ge­bie­te, etwa für Flot­ten­la­de­lö­sun­gen oder, wie in die­sem Fall, das Laden an Auto­bah­nen. Für den Anschluss an das öffent­li­che Strom­netz in Jet­tin­gen-Schepp­ach wur­de im Pro­jekt ein Lade­co­n­tai­ner mit zwei Lade­an­schlüs­sen rea­li­siert: Ein Anschluss hat eine bis­her ein­ma­li­ge Lade­leis­tung von max. 450 kW, der Zwei­te gibt bis zu 175 kW ab. Bei­de Lade­säu­len kön­nen ab sofort kos­ten­los mit allen CCS-fähi­gen Fahr­zeu­gen genutzt werden.
Die jetzt vor­ge­stell­ten Lade­säu­len-Pro­to­ty­pen von Alle­go nut­zen die Lade­ste­cker des bewähr­ten Com­bi­ned Char­ging Sys­tem (CCS) in der Typ-2-Vari­an­te für Euro­pa. Die­ser Lade­stan­dard hat sich bereits heu­te bei einer Viel­zahl von elek­tri­fi­zier­ten Fahr­zeu­gen bewährt und ist in wei­ten Tei­len der Erde ver­brei­tet. Um die beim schnel­len Auf­la­den mit beson­ders hoher Leis­tung auf­tre­ten­den Anfor­de­run­gen zu erfül­len, kom­men gekühl­te HPC-Lade­ka­bel (High Power Char­ging) von Phoe­nix Con­ta­ct zum Ein­satz, wel­che voll­stän­dig CCS-kom­pa­ti­bel sind.
Je nach Fahr­zeug­mo­dell kann die neue Ultra-Schnell­la­de­sta­ti­on sowohl für Fahr­zeu­ge mit 400-V- als auch 800-V-Bat­te­rie­sys­te­men ein­ge­setzt wer­den. Ihre Lade­leis­tung passt sich auto­ma­tisch der maxi­mal zuläs­si­gen Lade­leis­tung des Fahr­zeugs an. Die Zeit­er­spar­nis, die durch höhe­re Lade­leis­tun­gen erzielt wer­den kann, lässt sich am Bei­spiel des BMW i3 For­schungs­fahr­zeugs dar­stel­len. Für einen Lade­vor­gang von 10–80 % SOC der Hoch­volt­bat­te­rie mit 57 kWh Net­to-Kapa­zi­tät wer­den nur noch 15 Minu­ten benö­tigt. Dies kann fahr­zeug­sei­tig durch den spe­zi­ell ent­wi­ckel­ten Hoch­volt­spei­cher in Kom­bi­na­ti­on mit einer intel­li­gen­ten Lade­st­ra­te­gie erreicht werden.
Der Lade­vor­gang erfolgt über ein neu­ar­ti­ges fahr­zeug­sei­ti­ges Mehr­span­nungs­netz mit Hoch­volt-DC/DC-Wand­ler (HV-DC/DC), indem die gefor­der­te 800-V-Ein­gangs­span­nung der Lade­säu­le auf die nied­ri­ge­re 400-V-Sys­tem­span­nung des BMW i3 For­schungs­fahr­zeugs trans­for­miert wird. Durch den HV-DC/DC kann das Fahr­zeug auch rück­wärts­kom­pa­ti­bel an allen alten und zukünf­ti­gen Lade­sta­tio­nen Strom tan­ken. Ent­schei­dend für einen zuver­läs­si­gen Betrieb ist die gesi­cher­te Kom­mu­ni­ka­ti­on zw. Fahr­zeug und Lade­säu­le. Des­we­gen wer­den eben­so Stan­dar­di­sie­rungs­the­men zur Inter­ope­ra­bi­li­tät erforscht und in Nor­mie­rungs­gre­mi­en gebracht. Das Por­sche For­schungs­fahr­zeug mit einer Net­to-Bat­te­rie­ka­pa­zi­tät von ca. 90 kWh erreicht eine Lade­leis­tung von über 400 kW und ermög­licht damit Lade­zei­ten von unter 3 Minu­ten für die ers­ten 100 km Reichweite.